JP2005032661A - Light source device and vehicular headlight using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を用いた光源装置に関するもので、とくにある特定の範囲を配光性よく照射することを目的とする光源装置であって、さらに車両用のヘッドランプを含む車両用前照灯に用いることのできる光源装置である。 The present invention relates to a light source device using a light emitting element, and more particularly to a light source device for irradiating a specific range with good light distribution, and further including a vehicle headlamp. This light source device can be used for a lamp.
近年、発光素子の高輝度化が進み、発光素子はわれわれの生活の中で様々な光源用途として用いられるようになってきた。例えば特定の範囲を照射することを目的とする光源装置として、発光素子と反射面２０２とを組み合わせることで、発光素子からの光を配光させた光源装置を形成することができる（例えば特許文献１の２〜３頁、図１、図５）。このような光源装置に求められる特性としては、高輝度や高光束の光を光源装置から発光させる必要があるが、これらの特性を満足し、種々の用途として用いるまでにはいたっていない。 In recent years, the brightness of light emitting elements has been increased, and light emitting elements have come to be used for various light sources in our lives. For example, as a light source device intended to irradiate a specific range, a light source device in which light from a light emitting element is distributed can be formed by combining a light emitting element and a reflecting surface 202 (for example, Patent Documents). 1 to 2 to 3 and FIGS. 1 and 5). As a characteristic required for such a light source device, it is necessary to emit light having a high luminance and a high luminous flux from the light source device, but these characteristics are satisfied and it has not been used for various purposes.
また発光素子の高輝度化に加えて、白色を呈する発光素子が実用化されたことにより、従来のハロゲンランプに変わる光源としての期待も高まっている。たとえば、ハロゲンランプなどが用いられている車両用ランプとして、特に前照灯となるヘッドランプとして用いることが考えられている。しかしながら光の配光や照度などの点において、発光素子を用いた光源装置は、まだまだ車両用のヘッドランプまた前照灯としての特性を満たしておらず、実用化が望まれるところである。 In addition to the increase in luminance of light-emitting elements, a light-emitting element exhibiting white color has been put into practical use, and therefore, there is an increasing expectation as a light source that replaces a conventional halogen lamp. For example, it is considered to use as a vehicle lamp in which a halogen lamp or the like is used, particularly as a headlamp serving as a headlamp. However, in terms of light distribution and illuminance, the light source device using the light emitting element still does not satisfy the characteristics as a vehicle headlamp or headlamp, and is expected to be put to practical use.
そこで、本発明は特定の範囲を照射することを目的とした発光素子を用いた光源装置であって、特に配光性に優れた光源装置を提供することにある。さらには、高輝度の発光素子を用いた光源装置として、放熱性に優れた光源装置とし、長寿命の光源装置を提供することにある。また、前記光源装置を用いた、配光性および寿命特性に優れた車両用前照灯を提供する。 Therefore, the present invention is to provide a light source device using a light emitting element intended to irradiate a specific range, and particularly excellent in light distribution. Another object of the present invention is to provide a light source device having a long life as a light source device having excellent heat dissipation as a light source device using a light emitting element with high luminance. In addition, the present invention provides a vehicle headlamp that uses the light source device and is excellent in light distribution and life characteristics.
本発明の光源装置は、次の（１）〜（１９）の特徴を有する。 The light source device of the present invention has the following features (1) to (19).
（１）本発明の光源装置は、回路基板２０１と、回路基板２０１と電気的に接続されてなる発光素子２００と、発光素子２００から発光された光を照射方向に導く反射面２０２と、を少なくとも有する光源装置であって、前記発光素子２００は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが少なくとも積層され、積層方向に垂直となる２つの主面と、積層方向に平行となる側面とを有し、前記照射方向は発光素子２００の側面方向であって、前記発光素子２００と回路基板２０１との電気的接続手段の少なくとも１つが、発光素子２００から見て照射方向を通過してなることを特徴とする。
(1) A light source device of the present invention includes a
（２）本発明の光源装置は、（１）であってさらに、電気的接続手段の少なくとも１つは、金属ワイヤー２０３であることを特徴とする。
(2) The light source device of the present invention is (1), and at least one of the electrical connection means is a
（３）本発明の光源装置は、（１）または（２）であってさらに、前記反射面２０２は、前記発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする回転放物面であることを特徴とする。
(3) The light source device of the present invention is (1) or (2), and the
（４）本発明の光源装置は、（１）または（２）であってさらに、前記反射面２０２は、前記発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする楕円放物面であることを特徴とする。
(4) The light source device of the present invention is (1) or (2), and the
（５）本発明の光源装置は、（１）または（２）であってさらに、前記反射面２０２は、前記発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする回転楕円面であることを特徴とする。
(5) The light source device of the present invention is (1) or (2), and the reflecting
（６）本発明の光源装置は、（１）または（２）であってさらに、前記反射面２０２は、前記発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする三軸楕円面であることを特徴とする。
(6) The light source device of the present invention is (1) or (2), and the
（７）本発明の光源装置は、（１）乃至（６）のいずれかであってさらに、前記反射面２０２は、回路基板２０１に実装されてなることを特徴とする。
(7) The light source device of the present invention is any one of (1) to (6), and the
（８）本発明の光源装置は、（１）乃至（７）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００の側面は、前記反射面２０２に対向する第１の領域とそれ以外の第２の領域に分けたとき、前記照射方向は、第２の領域の側面方向となることを特徴とする。
(8) The light source device of the present invention is any one of (1) to (7), and the side surface of the
（９）本発明の光源装置は、（１）乃至（８）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００の２つの主面のうち一方の主面は、前記反射面２０２に対向してなることを特徴とする。
(9) The light source device of the present invention is any one of (1) to (8), and one main surface of the two main surfaces of the
（１０）本発明の光源装置は、（１）乃至（９）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００は、前記回路基板２０１にサブマウント３０１を介して実装されてなることを特徴とする。
(10) The light source device of the present invention is any one of (1) to (9), and the
（１１）本発明の光源装置は、（１０）であってさらに、前記発光素子２００は、前記２つの主面のうち一方の面に、正電極３０５と負電極３０６とを有し、導電性パターンが形成されたサブマウント３０１の正負両電極にそれぞれ対向させて固定されてなり、前記サブマウント３０１と回路基板２０１が、前記電気的接続手段として、金属ワイヤー２０３で接続されてなることを特徴とする。
(11) The light source device of the present invention is (10), and the
（１２）本発明の光源装置は、（１）乃至（１１）のいずれかであってさらに、前記電気的接続手段の１つは、樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。
(12) The light source device of the present invention is any one of (1) to (11), and one of the electrical connection means is covered with a
（１３）本発明の光源装置は、前記（１）から（１２）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００は樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。
(13) The light source device of the present invention is any one of (1) to (12), and the
（１４）本発明の光源装置は、前記（１）から（１３）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００は、発光素子２００が中心となる半球状の樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。
(14) The light source device of the present invention is any one of (1) to (13), and the
（１５）本発明の光源装置は、前記（１）から（１４）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００は、発光素子が中心となる半球状でかつ内部が樹脂３０８で充填されたガラス３０９または樹脂で覆われてなることを特徴とする。
(15) The light source device of the present invention is any one of (1) to (14), and the
（１６）本発明の光源装置は、前記（１）から（１２）のいずれかであってさらに、前記発光素子２００は、発光素子が中心となる半球状でかつ中空のガラス３０９または樹脂で覆われてなることを特徴とする。
(16) The light source device of the present invention is any one of (1) to (12), and the
（１７）本発明の光源装置は、（１）乃至（１６）であってさらに、前記発光素子２００は、前記照射方向に対して垂直な方向に複数個並べられてなることを特徴とする。
(17) The light source device of the present invention is (1) to (16), and a plurality of the
（１８）本発明の光源装置は、（１）乃至（１７）であってさらに、前記発光素子２００は、窒化ガリウム系の半導体素子であることを特徴とする。
(18) The light source device of the present invention is (1) to (17), and the
（１９）本発明の光源装置は、（１）乃至（１８）であってさらに、前記発光素子２００は、白色を呈することを特徴とする。
(19) The light source device of the present invention is (1) to (18), and the
また本発明の（１）〜（１９）の光源装置を、次のように用いる。 The light source devices (1) to (19) of the present invention are used as follows.
（２０）本発明の（１）〜（１９）のいずれかの光源装置を用いた車両用前照灯。 (20) A vehicle headlamp using the light source device according to any one of (1) to (19) of the present invention.
（２１）本発明の（１）〜（１９）のいずれかの光源装置を複数個並べて用いた車両用前照灯。 (21) A vehicle headlamp using a plurality of the light source devices according to any one of (1) to (19) of the present invention.
本発明の光源装置によって、配光性に優れた光源装置が得られると共に、高輝度の発光素子２００を用いた光源装置として、長寿命の光源装置が得られる。また、本発明の光源装置を用いることによって、配光性および寿命特性に優れた車両用の前照灯が得られる。
With the light source device of the present invention, a light source device with excellent light distribution can be obtained, and a light source device with a long lifetime can be obtained as a light source device using the
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
図１は本発明の一実施の形態を示す光源装置を模式的に示した断面図である。また、図２は本発明の一実施の形態を示す光源装置の模式的に示した斜視図であり、回路基板２０１上に発光素子２００が実装されており、さらに発光素子２００を覆うように反射面２０２が形成されている。さらに反射面２０２は回路基板２０１に実装されている。このように反射面２０２を形成すると、発光素子２００から発光された光のうち、反射面２０２に入射した光は、反射面２０２において反射し、光の方向を変える。そしてこのように発光素子２００と回路基板２０１と反射面２０２を配置することで、Ａの方向を照射方向とし、発光素子２００からの光が照射方向Ａに好適に進む構造となっている。図２において、この照射方向をＸ、回路基板２０１上で照射方向Ｘに対して垂直な方向をＹ、ＸとＹに垂直な方向で回路基板２０１上の発光素子２００の設置方向をＺと定義すると、図１がＹ方向から本実施の形態を見たときの模式的な断面図となり、また図３がＸ方向から本実施の形態を見たときの模式的な断面図となり、また図４がＺ方向から本実施の形態を見たときの模式的な断面図となる。いずれの断面図も少なくとも発光素子２００を通る断面図を示している。そして、発光素子２００と回路基板２０１とを電気的に接続する電気的接続手段として金属ワイヤー２０３が、発光素子２００から見て照射方向を通る構造となっている。このような構造の光源装置とすることで、配光性に優れた光源装置が得られる。これについて、次に説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a light source device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a light source device according to an embodiment of the present invention, in which a
発光素子２００は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが少なくとも積層され、積層方向に垂直となる２つの主面と、積層方向に平行となる側面とを有しており、２つの主面のうち一方の主面は反射面２０２側に形成され、他方の主面が回路基板２０１に実装されている。さらに２つの主面に垂直に側面を有し、照射方向Ａは発光素子２００の側面方向になる。発光素子２００は、ｎ型半導体層から電子がキャリアとなり、ｐ型半導体層から正孔がキャリアとなり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との界面において発光する。つまり２つの主面に平行な発光素子２００内の面が発光することとなり、２つの主面のうち、回路基板２０１に実装されていない他方の主面から、また側面においては、特にｐｎ接合界面から、強い光が発光されることとなる。
The light-emitting
発光素子２００のこれらの面から出される発光は、照射方向Ａにむけて進むが、その光は、反射面２０２で反射して照射方向に進む光と、反射面２０２で反射せず、直接発光素子２００から照射方向に進む光との、それぞれが進むようになる。反射面２０２で反射した光は、反射面２０２の形状を変えることによって、光束の密度と光の方向を変化させることができ、種々の配光を作ることができ、反射面２０２の形状によって、配光の制御が可能である。配光とは光源から出た光の光度（光の強さ）の分布を示すもので、本発明においては照射方向に強い光が照射される。これと異なり、発光素子２００から直接照射方向に進む光は、発散光となり、反射面による配光を制御できない。また反射面２０２で反射して照射方向に進む光は、光の方向や密度を制御でき、平行光や集光された光となるため、光の光度も強く、照射方向遠方を照射できるのに対し、発光素子２００から直接照射方向に進む光は、発散光として進むにつれて光が広がるため、照射方向遠方を照射しにくい。
The light emitted from these surfaces of the
また一方、発光素子２００は回路基板２０１などに実装するが、その実装する側に発光素子２００から電気的接続手段を設ける。もっとも一般的には金属ワイヤー２０３を用い、また他には発光素子２００の側面に沿って形成された金属板などを設けることがある。このように金属ワイヤー２０３や金属板などを設けると、発光素子２００からの発光を遮蔽してしまう。発光素子２００からの発光に対し、このような遮蔽物を有する場合、この遮蔽物によって、配光への影響を受ける恐れがある。特に、発光素子２００からの光のうち、光源装置の照射方向に向かう光の光路上に遮蔽物があると、光の配光は影響を受けてしまう。つまり光路上の遮蔽物の存在は、配光において、光の光度の弱い領域を形成してしまい、配光が乱れてしまうのである。
On the other hand, the
そこで本発明は、発光素子２００と回路基板２０１とを接続する電気的接続手段を光源装置の照射方向を通るように設けることで、配光の乱れの問題を解決することができた。つまり、上記説明したように、本発明の光源装置は、反射面２０２で反射して照射方向に進む光と、直接発光素子２００から照射方向に進む光、つまり発散光とのそれぞれが進むが、電気的接続手段を、発光素子２００から直接照射方向に進む光に対して遮蔽物とし、反射面２０２で反射して照射方向に進む光を遮蔽しないような構成とすることにより、配光性に優れた光源装置が実現できたものである。
Therefore, the present invention can solve the problem of light distribution disturbance by providing an electrical connection means for connecting the
本発明の電気的接続手段は、金属ワイヤー２０３であるときに、とくに大きな効果を奏するが、発光素子２００の側面に沿って形成される金属板などにおいても、金属板で光が反射される点を考慮すると本発明の構成による効果を有する。
The electrical connection means of the present invention is particularly effective when the
図１〜４で説明すると、発光素子２００と回路基板２０１とを電気的に接続する金属ワイヤー２０３を光の照射方向Ａを通過するように形成する。
1 to 4, the
またさらに好ましい形態として、本発明の光源装置は、反射面２０２を、発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする回転放物面とする。これにより、発光素子２００から発光された光のうち、反射面２０２で反射した光は、さらに効率良く照射方向に進み、平行光や集光した光を形成することができる。言いかえれば、反射面２０２を回転放物面とすることで、照射方向に進む光の光束の密度を高くすることができる。
As a still more preferable embodiment, in the light source device of the present invention, the reflecting
また反射面２０２を、発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする楕円放物面とする。楕円放物面とすることで、光の広がりを制御できるようになる。
The reflecting
またさらに反射面２０２を、発光素子２００に焦点を有し、照射方向を軸とする回転楕円面とすることで、照射方向に進む光を集光させた光として形成することができる。反射面２０２を回転楕円面とするとき、発光素子２００は、楕円を形成する反射面２０２に近い側の楕円の焦点位置に形成することが好ましい。これにより、反射面２０２で反射した光は、反射面２０２に遠い側の楕円の焦点位置に集光するように形成でき、制御性が増す。
Furthermore, by making the reflecting
反射面２０２を回転放物面もしくは回転楕円面とするとき、図１のＹ方向から見た図、および図４のＺ方向から見た図の反射面２０２の軌跡が放物曲線、もしくは楕円となる。
When the reflecting
また本発明の反射面２０２については、別の実施の形態として、三軸楕円面を形成してもよい。三軸楕円とは、三次元的に見て、Ｘ−Ｙ−Ｚのそれぞれが楕円で形成されるもので、本発明では、図１のＹ方向と図４のＺ軸方向の反射面２０２の軌跡のみならず、図３のＸ方向から見たときの反射面２０２の軌跡も楕円とするものである。このように反射面２０２を三軸楕円面としたとき、Ｘ方向が横長の楕円とすれば、光源からの光の配光も横長の楕円となり、所望の形状の配光性を容易に形成することが可能となる。
Moreover, about the
また、本発明の光源装置は、発光素子２００であって、発光面は前記記載の他方の主面および側面となり、複数の発光面を有する。そこで本発明の反射面２０２は、反射面２０２の放物曲線もしくは楕円の焦点位置を、それぞれ点において、最も近い発光面を焦点とする放物曲線および楕円の軌跡を形成してもよい。つまり、反射面２０２は、他方の主面に焦点を有する放物曲線または楕円と、反射面２０２に対向する側面に焦点を有する放物曲線または楕円とすることで、さらに配光性のよい光源装置を得ることができる。ここで、好ましくは、他方の主面に焦点を有する放物曲線または楕円と側面に焦点を有する放物曲線または楕円とは、できるだけ連続面になるように形成することが好ましい。このように２つ以上の反射面のそれぞれの特徴を生かした自由曲面とすることで、照射ムラが少なく良好な配光を得ることができる。
The light source device of the present invention is the
本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、反射面２０２が回路基板２０１に実装されてなる。反射面２０２を直接回路基板２０１に実装することにより、発光素子２００が発光することによって発生する熱の一部を効果的に発散できる。発光素子２００は発光することによって、発熱する。発光素子２００は温度特性によって、特性が変わることがあり、高温になるほど、また高温で長時間保持されると、発光素子２００を取り巻く金属ワイヤー２０３や保護膜として機能する樹脂３０８などが劣化してしまい、寿命が短くなる傾向がある。そこで、反射面２０２を直接回路基板２０１に実装することで、反射面２０２が放熱板としても機能し、大気にさらされる面積が増えることで発光素子２００で発生した熱を、回路基板２０１に向けて、さらには反射面２０２に向けて放熱することが可能となり、発光素子２００の寿命特性が向上する。ここで、回路基板２０１は好ましくは、熱伝導率の高い材料を選択することが好ましく、さらには反射面２０２も熱伝導率の高い材料を選択して形成することが好ましい。また、本発明において、反射面２０２を回路基板２０１に実装することで、さらに次のような効果も奏する。発光素子２００で発生した熱は、前記他方の主面を実装した回路基板２０１にむけて放熱されるが、回路基板２０１に放熱された熱は、さらに回路基板２０１と接する反射面２０２のほうに効率良く伝わっていく。このとき、金属ワイヤー２０３などの電気的接続手段は、回路基板２０１上で発光素子２００から見て、反射面２０２のないところで回路基板２０１に接続されているため、回路基板２０１上の放熱経路上にない。すなわち、回路基板２０１に接続された電気的接続手段は、高温になりにくくなり、熱による劣化を防ぐことができる。回路基板の材料としては、回路パターンが形成しやすく、かつ熱伝導率の高い材料が好ましく用いられ、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｌＮ、Ａｌ−ＳｉＣ等が挙げられる。また反射面は、ＡｌまたはＡｇ等が好適に用いられ、単体もしくは熱伝導率の高い材料の表面で発光素子からの光が入射される面にＡｌもしくはＡｇが形成されていることが好ましく、特に酸化しにくいなどの点においては、Ａｌを用いることが最も好ましい。
The light source device of the present invention has a reflecting
また、本発明の光源装置において、発光素子２００は図１〜４に示すように、２つの主面に垂直な側面は、４つ存在し、主面側から見て四角形となっている。そしてそのうちの１つの面が照射方向に対向して設置されている。しかしながら、発光素子２００の形状はこれに限るものではなく、主面側から見て三角形や、多角形、円形となるような側面を有してもよく、また四角形の頂点が照射方向を向くように設置してもよい。その場合の電気的接続手段は次のように形成する。図５は光源装置をＺ方向から見たときの反射面２０２と発光素子２００との関係を模式的に示す図である。ここでは発光素子２００はＺ方向から見て円形となるような側面について示している。発光素子２００の中心を基準として、発光素子２００の側面が反射面２０２と対向する位置が領域Ｉ（第１の領域）で、領域Ｉ以外、つまり側面が反射面２０２と対向しない位置が領域ＩＩ（第２の領域）で示されている。このように発光素子２００の側面を領域Ｉと領域ＩＩとにわけて、側面のうち、領域ＩＩ（第２の領域）を通る電気的接続手段を設けることで、配光性に優れた本発明の光源装置とすることができる。ここでは円形で説明したが、同様に三角形、多角形、その他の形状においても、発光素子２００の中心を基準として、発光素子２００の側面を領域Ｉと領域ＩＩとし、側面のうち、領域ＩＩを通る電気的手段を設けることで同様のことがいえる。また発光素子２００は前述のように、複数の発光面を有することから、それぞれの発光面を焦点とする放物曲面、または楕円曲面で反射面２０２を形成するときは、それぞれの焦点を基準として領域Ｉと領域ＩＩとをわけるとよい。
In the light source device of the present invention, the
また本発明の光源装置は、発光素子２００の２つの主面のうち、一方の主面は、反射面２０２に対向してなることを特徴とする。つまり一方の主面から発光した光を効果的に反射することができる。この反射面２０２は、一方の主面に対向する位置からさらに照射方向に延在する反射面２０２とすることで、発光素子２００から発光された光のうち、反射面２０２に入射する光を増すことができるので好ましい。
The light source device of the present invention is characterized in that one of the two principal surfaces of the
また本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、発光素子２００は回路基板２０１にサブマウント３０１を介して実装されてなることが好ましい。図６は回路基板２０１上に発光素子２００をサブマウント３０１を介して実装したときを模式的に示す断面図である。このようにサブマウント３０１を設けることで、発光点となる発光素子２００を回路基板２０１から離して形成することができる。さらに反射面２０２を発光素子２００を焦点とし、照射方向を軸とする回転放物面もしくは回転楕円面とするとき、発光素子２００を回路基板２０１に直接実装したときと比べて、反射面２０２の面積を大きくとくことができ、発光面に入射する発光素子２００の光量を多くすることができる。つまり光源装置から出される光の配光特性を見たときの光の光度が増す。特に図３のＸ方向から見たときの、発光素子２００の側面に対向する反射面２０２の面積が増加分がこの効果をとくにもたらす。図６においても、発光素子２００と回路基板２０１との電気的接続手段としての金属ワイヤー２０３は発光素子２００の他方の主面から、照射方向の側面を通過して回路基板２０１に接続されている。また、サブマウント３０１を設けた光源装置としての金属ワイヤー２０３は図１２や図１３のような別の形態とすることもできる。図１２は、発光素子２００の他方の主面とサブマウント３０１とが、さらにサブマウント３０１と回路基板２０１とが金属ワイヤー２０３によって接続されてなる。また図１３は、発光素子２００と回路基板２０１とが、さらにサブマウント３０１と回路基板２０１とが金属ワイヤー２０３によって接続されている。いずれの場合も、金属ワイヤー２０３は発光素子２００から見て照射方向の発光素子２００の側面を通るように形成されている。サブマウント３０１は、発光素子２００との接合面において、発光素子２００の面積よりサブマウント３０１の面積のほうが大きいことが必要である。これにより発光ダイオードからの熱が好適にサブマウント３０１に放熱される。さらに好ましくは、サブマウント３０１は発光素子２００から離れるにつれて広がっていく形状とし、その広がり角は４５°以上であることが方熱の点で最も好ましい。サブマウントの材料としては、絶縁体で熱伝導率の高い材料を選択し、例えばＡｌＮ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。
In the light source device of the present invention, as a further preferred embodiment, the
また本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、発光素子２００は、前記２つの主面のうち一方の面に、正電極３０５と負電極３０６とを有し、導電性パターンが形成されたサブマウント３０１の正負両電極それぞれ対向させて固定されてなり、前記サブマウント３０１と回路基板２０１が、前記電気的接続手段として、金属ワイヤー２０３で接続されてなることを特徴とする。図７はこの発光素子２００を示す模式的な断面図であり、発光波長に対して透明な基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層が、ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間には、活性層が形成され、さらにｐ型半導体層の表面からｎ型半導体層の一部が露出するようにエッチングされ、エッチングされた露出面にｎ電極が、さらにｐ型半導体層の表面にはｐ電極が形成されてなる発光素子２００が、サブマウント３０１上の導電パターンのそれぞれと共晶はんだ３０７により固定されている。またサブマウント３０１上の導電パターンには、回路基板２０１と電気的に接続されてなる金属ワイヤー２０３が形成されている。図７の断面図はサブマウント３０１に実装されてなる発光素子２００を説明する図であり、ここで示す金属ワイヤー２０３は、光源装置とした場合、いずれの金属ワイヤー２０３も照射方向の発光素子２００側面を通るように形成される。また図８は、このときの光源装置を示す模式的な断面図であり、図８からもわかるように金属ワイヤー２０３は発光素子２００が固定されたサブマウント３０１から回路基板２０１に接続されることで、発光素子２００からみて照射方向の発光素子２００側面のみを通るようになり、特に好ましい。
In a light source device according to the present invention, as a further preferred embodiment, the
また、本発明の光源装置は、さらに好ましくは、発光素子２００を照射方向に対して垂直な方向に複数個と並べてなることを特徴とする。発光素子２００を回路基板２０１上、反射面２０２内に１つ設置するだけでなく、複数個設置することで、光度を高めることができる。照射面に対して垂直な方向に複数個並べることで、発光点を擬似的に線状の光源とすることができ、線状で均一な発光を得ることができる。特に線状の発光が得られることで、光学部品として、フィラメントを用いた電球に用いられる光学部品をそのままもしくは簡単に変更することで、本発明の発光素子２００を用いた光源装置の光学部品として用いることが可能となる。配光の設計においても、電球での光学設計をもとに容易に設計することも可能となる。発光素子を複数個設ける場合、発光素子同士は、直列また並列いずれで接続してもよい。
The light source device of the present invention is more preferably characterized in that a plurality of
また、発光素子２００は照射方向に対して垂直な方向に複数個並べるだけでなく照射方向に複数個並べてもよく、これにより発光素子２００の上述の他方の主面に対向する反射面２０２を有効に用いることができるので、好ましい。
In addition, a plurality of
このように回路基板２０１上に複数個の発光素子２００を並べて設置することで、光度を高くすることができ、照射方向に強い光が発光される光源装置とすることができる。発光素子２００の並べ方としては、照射方向をＸ、回路基板２０１上でＸに垂直な方向をＹと定義したとき、（Ｘ、Ｙ）＝（１、２）、（２、４）のようにマトリックス状に種々の形態を取ることができる。図９は（Ｘ、Ｙ）＝（１、２）を示す光源装置の模式的な斜視図であり、図１０は（Ｘ，Ｙ）＝（２、４）を示す光源装置の模式的な斜視図である。このように（Ｘ、Ｙ）のマトリックス状に形成する場合、好ましくはＸ＜Ｙとすることで、配光特性はＹ方向に長く、強い光を照射することが可能となる。
Thus, by arranging a plurality of
また本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、電気的接続手段の１つは、樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。電気的接続手段を樹脂３０８で覆うことで、短絡や電気的不具合を防止することができる。特に金属ワイヤー２０３が樹脂３０８で覆われることで、金属ワイヤー２０３の短絡等を防止できる効果は大きい。金属ワイヤーの材料としては、ＡｕやＡｌ等が用いられる。
The light source device according to the present invention is further characterized in that one of the electrical connection means is covered with a
また本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、発光素子２００が樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。図１１は発光素子２００が樹脂３０８で覆われた光源装置を模式的に示す断面図である。このように発光素子２００を樹脂３０８で覆うことで、発光素子２００の短絡等を防止できるので好ましい。また電気的接続手段としての金属ワイヤー２０３も樹脂３０８で覆われている。またこの樹脂３０８は例えばシリコーンやエポキシなどの樹脂３０８を用いることにより、発光素子２００が大気に覆われている場合と比べて、光の取り出し効率を高めることができるという点で特に好ましい。樹脂としては、熱硬化性樹脂を選択することで、成型がしやすく、例えばエポキシやシリコーンが、特に好ましくはシリコーンが用いられる。
The light source device of the present invention is further characterized in that the
また本発明の光源装置は、さらに好ましい形態として、発光素子２００は発光素子からの発光に対し、発光素子２００を中心とする半球状の樹脂３０８で覆われていることを特徴とする。発光素子２００を中心とする半球状の樹脂３０８で覆うことで、無指向性の発光ダイオードの光源が得られ、指向性なく反射面２０２に光が入射するようになり、反射面２０２全面に均一な光が入射するようになり、配光性のよい光源装置とすることができる。このように樹脂３０８は、発光素子２００を中心とする真球をもとに形成することで、無指向性を得ることができる。またさらに好ましく、無指向性とするためには、発光素子２００は上述のように発光面を複数有するため、樹脂３０８の外形は各点において、それに最も近い発光面に対して無指向性を有するように調整することが好ましい。
The light source device of the present invention is further characterized in that the
また本発明の光源装置は、発光素子２００が樹脂３０８で覆われた形態と別の形態として好ましくは、発光素子２００は、半球状でかつ中空のガラス３０９または樹脂で覆われてなることを特徴とする。このように半球状でかつ中空のガラス３０９または樹脂で覆うことにより、発光素子２００および電気的接続手段を保護することができるほか、とくに中空であることで、中を樹脂で覆う場合よりも発光素子２００を小さくとることができる。中を樹脂で覆う場合は発光素子２００は大きく見えてしまい、反射面２０２に対する発光面が大きくなる傾向にあるが、中空とすることで、反射面２０２に対する発光面は比較的小さくとることができるという点で、配光性に優れた光源装置が得られる。
In the light source device of the present invention, the
また、本発明の光源装置は、発光素子２００は無指向性の樹脂３０８で覆われた形態、および半球状でかつ中空のガラス３０９または樹脂で覆われた形態とすることで、それぞれ別の効果を奏するが、これらを組み合わせて、例えば半球状のガラス３０９で発光素子２００が覆われ、さらにガラス３０９内部がシリコン樹脂で覆われたような、樹脂３０８とガラス３０９とを組み合わせて設けてもよい。ちなみに樹脂の内部を樹脂３０８で覆うときには、それぞれの樹脂は異なる材質のものからなる。
Further, in the light source device of the present invention, the
本発明の光源装置は、さらに好ましくは、発光素子２００は、窒化ガリウム系の半導体素子とする。窒化ガリウム系の半導体としては、少なくともＧａとＮを含み、ＡｌＩｎＧａＮで形成することができる。このような窒化ガリウム系の半導体は、特に４６０ｎｍ程度を中心に、紫外光から可視光において、強い発光を示す。また、蛍光体３０２を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能である。
In the light source device of the present invention, more preferably, the
次に本発明の光源装置に用いることのできる発光素子２００の好ましい形態を詳述する。
Next, the preferable form of the
本発明の光源装置として用いる発光素子２００は、素子構造体として、例えば図１４に示すように、素子構造体は、基板１０上に、第１導電型層１１、発光層（活性層）１２、第２導電型層１３が順に積層された積層構造を有するものであり、このとき、電極形成面内において、発光構造部は、図に示すように積層方向に第１，２導電型層が発光層を挟む構造の他、第１,２導電型層が横方向に接合されていてもよく、またこれらを組み合わせたものでもよい。また、発光素子構造として、ＭＩＳ構造、ｐ−ｎ接合構造、ホモ接合構造、ヘテロ接合構造（ダブルヘテロ構造）、ＰＩＮ構造などを用いることができ、またユニポーラ素子にも適用できるが、好ましくは、第１，２導電型層が互いに異なる導電型層となるｐ−ｎ接合構造などのｎ型、ｐ型層で活性層を挟む構造を用いることが好ましい。
The
素子構造体を構成する積層構造の半導体材料は、ＩｎＡｌＧａＰ系材料、ＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＡｓ系材料、これらの混晶材料でもよく、ＧａＮ系窒化物半導体材料でもよい。ＧａＮ系窒化物半導体材料として具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）で表され、またこれに加えて、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換したりした混晶でもよい。以下、窒化物半導体を用いて説明するが、他の材料系にも適用される。 The semiconductor material having a laminated structure constituting the element structure may be an InAlGaP-based material, an InP-based material, an AlGaAs-based material, a mixed crystal material thereof, or a GaN-based nitride semiconductor material. Specifically, as a GaN-based nitride semiconductor material, a group III-V nitride semiconductor (In α Al β Ga 1-α-β N, 0 ≦ α, GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof) 0 ≦ β, α + β ≦ 1), and in addition to this, B is used as part or all of the group III element, or part of N is substituted with P, As, or Sb as the group V element. Mixed crystals may be used. Hereinafter, a nitride semiconductor will be used for explanation, but the present invention can be applied to other material systems.
発光層としては、ＩｎＧａＮ系材料を用いることができ、ワイドバンドギャップの発光層により、緑色、青色の可視光域から紫色、それより短波長の紫外域に発光するものが得られる。 As the light emitting layer, an InGaN-based material can be used, and a light emitting layer having a wide bandgap can emit light that emits light from a green or blue visible light region to a purple or shorter wavelength ultraviolet region.
各実施形態では、第１，２導電型層１１，１２を、ｎ型層、ｐ型層としているが、この逆でも良い。また、半導体積層構造の成長方法として具体的にはＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）があり、好ましくはＭＯＣＶＤ，ＭＢＥである。 In each embodiment, the first and second conductivity type layers 11 and 12 are an n-type layer and a p-type layer, but this may be reversed. Further, as a growth method of a semiconductor laminated structure, specifically, MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (halide vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Of these, MOCVD and MBE are preferable.
本発明の半導体積層構造の成長方法に用いる基板、特にエピタキシャル成長用の基板１０としては、窒化物半導体と異なる材料の異種基板として、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ、好ましくはサファイア、スピネルであり、また異種基板以外として、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体基板なども用いることができる。他の半導体材料においては従来知られた同じ材料系の基板、若しくはＳｉなどの異種基板を用いることができる。
（半導体積層構造）
発光素子を形成する半導体積層構造としては、上記基板１０上に下地層などを介して成長され、このとき、下地層１４を素子構造１０１として動作部に含めても良いが、通常素子構造の成長用のみ形成されて素子として機能しない非動作部として設けられる。下地層は、特に異種基板を用いた場合、結晶核形成、核成長層として、低温成長バッファ層を用い、好適な条件はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を低温（２００〜９００℃）で成長させるものであり、続いて高温で層成長させて、膜厚５０Å〜０．１μｍ程度（単結晶、高温成長層）で形成する。また、ＥＬＯ(Epitaxial Lateral Overgrowth)として知られるように、基板上、若しくは下地層上に、島状部（凸部、マスク開口部）などの成長部を他の領域に比べて優先的、若しくは選択的に成長させて、各選択成長部が横方向に成長して接合、会合することで層を形成するような成長層を下地層若しくは、素子積層構造に用いることもでき、これにより結晶性、特に結晶欠陥を低減させた素子構造とできる。
As a substrate used for the method for growing a semiconductor multilayer structure of the present invention, particularly a
(Semiconductor laminated structure)
The semiconductor laminated structure for forming the light emitting element is grown on the
窒化物半導体に用いるドーパントとして、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これら、アクセプター、ドナーの各ドーパントを添加することにより、各導電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を構成する。また、窒化物半導体は不純物をドープしない無添加層であってもｎ型層として用いることができ、さらにＡｌＧａＡｓなどの他の材料系にはそれに適したドーパント用いる。本発明における第１導電型層、第２導電型層には、部分的にアンドープの層、半絶縁性の層が積層されていても良く、電流阻止層のよう逆導電型の埋込層に、各導電型層内に部分的に寄生な素子部分を形成していても良い。
（第１導電型層１１＝ｎ型半導体層）
上記実施形態の素子構造で示すように、第１導電型層１１として、各導電型のドーパントを含有させ、電極形成面内及び活性層へのキャリアの供給、拡散を実現するような層構造を形成すると良く、特に電極形成部から発光構造部にキャリアを面内に拡散して供給する層（コンタクト層）には、他の領域より高濃度にドープされることが好ましい。また、このような電荷供給・面内拡散層（コンタクト層及びその近傍層）の他に、上記実施形態で示すように、積層方向において発光層へ電荷を移動・供給させる介在層、若しくは第２導電型のキャリアを発光層に閉じこめるクラッド層などを、コンタクト層とは別に設けることが好ましい。このような発光層１２と面内拡散層（領域）のコンタクト層との間に設ける層として、窒化物半導体素子の場合には、面内拡散層（領域）より低濃度ドーパント量若しくはアンドープの低不純物濃度層（アンドープ層）、及び／又は多層膜層を設けることが好ましい。これは、低不純物層でもって、高不純物層（面内拡散層）による結晶性悪化を回復させてその上に成長させるクラッド層、発光層の結晶性を良好にし、駆動時にあっては高濃度層に隣接して低濃度層が設けられることで面内拡散を促進させ、また、耐圧性も向上させることができる。多層膜層は、少なくとも２種の層を交互に積層させたような周期構造で形成すること、具体的には、Ｉｎを含む窒化物半導体層とそれとは異なる組成の層の周期構造、好ましくはＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｘ＜ｙ＜１）で構成することで、発光層、特にＩｎを含む窒化物半導体層、好ましくはそれを井戸層として複数用いた場合において、その結晶性を向上させることができる。このような多層膜としては、組成が異なる層による周期構造の他、組成傾斜構造、また、これらの構造において不純物濃度を変調させた構造、膜厚を変動させた構造なども採用でき、好ましくは、２０ｎｍ以下の膜厚の層を積層した構造、さらに好ましくは１０ｎｍ以下の膜厚の層を積層した構造で形成することが、上記結晶性に有利となる。
（発光層（活性層）１２）
本発明の素子構造としては、第１，２導電型層との間に、発光層を設けて、発光層で発光させる素子構造とすることが好ましく、特に窒化物半導体においてはＩｎを含む窒化物半導体を発光層に用いたものが、紫外域から可視光（赤色光）の領域において好適な発光効率が得られ好ましく、特にＩｎＧａＮ層を用いること、特にＩｎの混晶比を変化させて所望の発光波長を得ることが好ましい。このほかの窒化物半導体材料として、ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどのＩｎＧａＮよりも高バンドギャップの材料を用いて、紫外域において使用する発光素子としても良い。
As a dopant used for the nitride semiconductor, as an n-type impurity, a group IV or group VI element such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, or Zr can be used, and preferably Si, Ge, or Sn is used. Most preferably, Si is used. The p-type impurity is not particularly limited, and examples thereof include Be, Zn, Mn, Cr, Mg, and Ca, and Mg is preferably used. By adding these acceptor and donor dopants, nitride semiconductor layers of each conductivity type are formed, and each conductivity type layer described later is formed. A nitride semiconductor can be used as an n-type layer even if it is an additive-free layer not doped with impurities, and a dopant suitable for other material systems such as AlGaAs is used. In the first conductivity type layer and the second conductivity type layer in the present invention, a partially undoped layer or a semi-insulating layer may be laminated, and the reverse conductivity type buried layer such as a current blocking layer may be laminated. A partially parasitic element portion may be formed in each conductivity type layer.
(First
As shown in the element structure of the above embodiment, the first
(Light emitting layer (active layer) 12)
The element structure of the present invention is preferably an element structure in which a light emitting layer is provided between the first and second conductivity type layers and light is emitted from the light emitting layer. In particular, a nitride semiconductor includes a nitride containing In. A semiconductor using a light emitting layer is preferable because a suitable light emitting efficiency can be obtained in the ultraviolet to visible light (red light) region. In particular, the use of an InGaN layer, particularly by changing the mixed crystal ratio of In, can be desired. It is preferable to obtain an emission wavelength. As another nitride semiconductor material, a material having a higher band gap than InGaN such as GaN and AlGaN may be used as a light emitting element used in the ultraviolet region.
さらに好ましい発光層としては、量子井戸構造の活性層を用いることであり、井戸層が１つの単一量子井戸構造、さらに好ましくは、複数の井戸層が障壁層を介して積層した構造の多重量子井戸構造を採用することが好ましい。井戸層については上記発光層と同様に、好ましくはＩｎＧａＮ層を用いることであり、障壁層として、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きくなるような層として、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮを設けることが好ましい。このとき、井戸層、障壁層の膜厚としては、３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに井戸層において好ましくは１０ｎｍ以下とすることで、量子効率に優れた発光層が得られる。また、井戸層、障壁層に、各導電型層のドーパントがドープされていても良く、障壁層は、井戸層間に一層以上設けても良い。
（第２導電型層１３＝ｐ型半導体層）
第２導電型層１３としては、キャリアを発光層に閉じこめるクラッド層、電極が形成されるコンタクト層を、設けることが好ましく、この時両層を別々に設けてコンタクト層をクラッド層よりも発光層より遠くに設け、高濃度にドーパントをドープすることが好ましい。窒化物半導体においては、クラッド層として好ましくはＡｌを含む窒化物半導体、さらに好ましくはＡｌＧａＮ層を用いることが好ましく、さらに発光層に近接して、好ましくは接して形成されることで発光層の効率を高めることができ好ましい。さらに、コンタクト層とクラッド層との間にそれらの層より低不純物濃度の層を介在させることで、耐圧性に優れた素子とでき、またコンタクト層を高濃度にドープしても結晶性を改善できるため好ましい。コンタクト層は、電極形成面内で発光部として設けられるため、その面内でキャリアを拡散させる層としても機能しうるが、本発明では、電極２を設けて、該電極２内及び電極３ａにより面内での電流拡散として機能させることで、窒化物半導体における低い移動度のｐ型キャリアの拡散を補助し、また、コンタクト層の膜厚を他の層（クラッド層、介在低濃度層）よりも小さくして、且つ他の層よりも高濃度に不純物ドープすることで、高キャリア濃度の層を形成して、電極から良好な電荷注入を実現でき好ましい。
As a more preferable light emitting layer, an active layer having a quantum well structure is used. The multi-quantum has a structure in which the well layer is a single quantum well structure, and more preferably, a plurality of well layers are stacked via a barrier layer. It is preferable to employ a well structure. As for the well layer, an InGaN layer is preferably used similarly to the above light-emitting layer, and for example, InGaN, GaN, or AlGaN is preferably provided as a barrier layer that has a band gap energy larger than that of the well layer. . At this time, the thickness of the well layer and the barrier layer is 30 nm or less, preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less in the well layer, whereby a light emitting layer having excellent quantum efficiency can be obtained. Moreover, the dopant of each conductivity type layer may be doped to the well layer and the barrier layer, and one or more barrier layers may be provided between the well layers.
(Second
As the second
図１４において、ｎ型半導体層１１、活性層１２、ｐ型半導体層１３の一実施例として具体的な構成例を示す。
In FIG. 14, a specific configuration example is shown as an embodiment of the n-
本例では、まず、基板１０上にアンドープＡｌＧａＮをバッファ層として１００Åの厚さに成長させる。
In this example, first, undoped AlGaN is grown as a buffer layer on the
そして、アンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層の上に、ｎ型層１１を構成する、アンドープＧａＮ層（１５０００Å）、ＳｉドープＧａＮ（４１０００Å）、アンドープＧａＮ層（３０００Å）、ＳｉドープＧａＮ（３００Å）、アンドープＧａＮ層（５００Å）、アンドープＧａＮ（４０Å）／ＩｎＧａＮ（２０Å）１０ペアからなる層を順に成長させる。 Then, on the buffer layer made of undoped AlGaN, the undoped GaN layer (15000Å), Si-doped GaN (41000Å), undoped GaN layer (3000Å), Si-doped GaN (300Å), undoped GaN constituting the n-type layer 11 A layer consisting of 10 pairs of layers (500 Å) and undoped GaN (40 Å) / InGaN (20 Å) is grown in order.
次に、ｎ型層１１の上に、活性層１２を構成する、アンドープＧａＮ層（２５０Å）及びアンドープＩｎＧａＮ（３０Å）／ＧａＮ（２６５Å）６ペアからなる層を成長させる。
Next, a layer composed of an undoped GaN layer (250Å) and an undoped InGaN (30Å) / GaN (265Å) 6 pair constituting the
続いて、活性層１２の上に、ｐ型層１３を構成する、Ｍｇドープ（ドープ量：５×１０１９ｃｍ−３）ＡｌＧａＮ（４０Å）／ＩｎＧａＮ（２５Å）５ペアからなる層、アンドープＡｌＧａＮ層（２８００Å）、Ｍｇドープ（ドープ量：１×１０２０ｃｍ−３）ＧａＮ（１２００Å）を成長させる。
Subsequently, on the
また次に示すような特有の電極構造を有している。 Further, it has a unique electrode structure as shown below.
図１４は、本発明の光源装置として用いる好ましい発光素子２００の一実施の形態の平面図であり、本形態の特有の電極構造を示している。また、図１５は図１４のＸ−Ｘ’線についての断面図である。
FIG. 14 is a plan view of an embodiment of a preferred
本形態の発光素子２００に係る実施の形態は、サファイア基板１０上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型層１１、活性層１２及びｐ型層１３がその順に積層されてなり、ｎ側電極は、互いに分離された複数のｎライン電極１により構成され、ｐ側電極は透光性のｐオーミック電極２とそのｐオーミック電極２の上に形成された複数の電流拡散導体３により構成されている。
In the embodiment of the
詳細に説明すると、本実施の形態の発光素子２００では、ｎ型層１１、活性層１２及びｐ型層１３からなる積層体において、ｐ型層１３及び活性層１２の一部がライン状に除去されることにより複数のスリットＳｎが形成されて、ｎ型層がライン状に露出され、そのスリットＳｎにより露出されたｎ型層上にそれぞれｎライン電極１が形成される。また、スリットに平行な１つの辺（発光素子の１つの辺：以下第１の辺という。）に沿って、所定の幅にｎ型層が露出され、そこにも１つのｎライン電極１が形成される。
More specifically, in the
以下、第１の辺に沿って、所定の幅にｎ型層が露出されたｎライン電極が形成されるｎ型層表面を第１領域といい、この第１領域に形成されたｎライン電極を第１ｎライン電極という。また、本明細書において、第１の辺に対向する辺は、第２の辺という。 Hereinafter, the n-type layer surface on which the n-line electrode with the n-type layer exposed to a predetermined width is formed along the first side is referred to as a first region, and the n-line electrode formed in the first region. Is referred to as a first n-line electrode. In this specification, a side opposite to the first side is referred to as a second side.
ここで、本実施の形態において、第１領域と複数のスリットＳｎは互いに平行でかつ第１領域とスリットＳｎとの間隔及び隣接するスリットＳｎ間の間隔は互いに等しくなるように形成される。 Here, in the present embodiment, the first region and the plurality of slits Sn are formed to be parallel to each other, and the interval between the first region and the slit Sn and the interval between the adjacent slits Sn are equal to each other.
また、実施の形態１において、各ｎライン電極１はライン状オーミック電極１ａとそのライン状オーミック電極１ａの一端に設けられたｎパッド電極１ｂとによって構成される。実施の形態１において、各ライン状オーミック電極の一端に設けられたｎパッド電極１ｂは、第１の辺に直角の１つの辺（第３の辺）に沿って形成される。
In the first embodiment, each n-
また、実施の形態１において、ライン状オーミック電極１ａは、その一端部がｎパッド電極１ｂを形成するために広く形成され、その上にｎパッド電極１ｂが形成される。
In the first embodiment, the line ohmic electrode 1a is widely formed at one end thereof to form the n-
本実施の形態において、ｐ側電極は、ｐ型層のほぼ全面に形成された透光性を有するｐオーミック電極２と、そのｐオーミック電極２の上に形成された複数の電流拡散導体３とによって構成される。この電流拡散導体３はライン状オーミック電極１ａと平行に形成された複数の拡散ライン電極３ａとその拡散ライン電極３ａの一端に設けられたｐパッド電極３ｂとによって構成される。実施の形態１において、拡散ライン電極３ａと隣接するｎライン電極１との間隔は、互いに等しくなるように形成され、複数の拡散ライン電極３ａのうちの１つは第２の辺に沿って形成され、他の拡散ライン電極３ａはｎライン電極１の間に形成される。すなわち、実施の形態１では、対向する２つの辺のうちの一方の辺（第１の辺）に沿ってｎライン電極を形成した場合、その一方の辺に対向する他方の辺に沿って電流拡散導体３を形成するように構成している。また、各拡散ライン電極３ａの一端に設けられたｐパッド電極３ｂはいずれも、ｎパッド電極が形成されている第３の辺に対向する第４の辺に沿って形成される。
In the present embodiment, the p-side electrode includes a translucent p-
上述した電極構成を有する実施の形態の窒化物半導体発光素子は、以下のような理由により、発光領域全体に電流が注入されるようにして発光効率を向上させるとともに、比較的大面積（例えば、１０００μｍ×１０００μｍ）の窒化物半導体発光素子においても、発光面全体に亙って均一な発光が可能になるようにしている。 The nitride semiconductor light emitting device of the embodiment having the electrode configuration described above improves the light emission efficiency by injecting a current into the entire light emitting region for the following reason, and has a relatively large area (for example, Even in a nitride semiconductor light emitting device of 1000 μm × 1000 μm), uniform light emission is possible over the entire light emitting surface.
第１に、本実施の形態では、各ｎライン電極１の一端にそれぞれｎパッド電極１ｂを形成し、各拡散ライン電極３ａの一端にそれぞれｐパッド電極３ｂを形成するようにしている。これにより、発光領域全体に電流がほぼ均一に注入されるようにできる。
First, in this embodiment, an
すなわち、異なるｎライン電極間において、一端に形成されたｎパッド電極からライン状オーミック電極の他端までの距離に明らかな差があると、発光領域に注入される電流に不均一が生じる。また、ｐ側の電極についても同様に、異なる拡散電極間において、一端に形成されたｐパッド電極と拡散ライン電極の他端までの距離に明らかな差があると、発光領域に注入される電流に不均一が生じる。 That is, if there is a clear difference in the distance from the n pad electrode formed at one end to the other end of the line-shaped ohmic electrode between different n line electrodes, the current injected into the light emitting region becomes non-uniform. Similarly, for the p-side electrode, if there is a clear difference between the p-pad electrode formed at one end and the other end of the diffusion line electrode between different diffusion electrodes, the current injected into the light emitting region Is uneven.
しかしながら、本実施の形態では、異なるｎライン電極１間において、ｎパッド電極１ｂからライン状オーミック電極１ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、異なる拡散電極３間において、ｐパッド電極３ｂと拡散ライン電極３ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにできる。
However, in the present embodiment, the distance from the
ここで、上述の距離が実質的に等しいとは、完全に一致していることを意味しているのではなく、距離の違いにより電流の不均一が生じない程度のものは実質的に等しい範囲に含まれるものとする。 Here, the above-mentioned distances are substantially equal does not mean that the distances are completely the same, but those that do not cause current non-uniformity due to the difference in distances are substantially the same range. Shall be included.
第２に、本実施の形態では、隣接するｎライン電極１とｐ側の拡散電極３の間隔が等しくなるようにして、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにしている。
Secondly, in the present embodiment, the distance between the adjacent n-
以上の主要な２つの特徴により、本実施の形態では、発光面全体に亙って均一な発光が可能になるようにしているが、図１４及び図１５に示す電極構成では、さらに以下のような工夫がなされ、より均一に発光するように構成している。 Due to the two main features described above, in the present embodiment, uniform light emission is possible over the entire light emitting surface. However, the electrode configuration shown in FIGS. The device is designed to emit light more uniformly.
すなわち、本実施の形態において、ライン状オーミック電極１ａ及び拡散ライン電極３ａは、途中に、角部及び曲線部が形成されないように直線的に形成して、角部及び曲線部における電界の集中や電界の不均一を防止し、それに伴う電流の不均一を防止している。
That is, in the present embodiment, the line-shaped ohmic electrode 1a and the
本実施の形態では、また、拡散ライン電極３ａの他端（ｐパッド電極が形成された一端の反対側に位置する端）と、ｎパッド電極１ｂ（ｎパッド電極１ｂが形成されたｎライン電極１の一端部）との距離を、拡散ライン電極３ａとｎライン電極１の間隔にほぼ等しく設定している。
In the present embodiment, the other end of the
さらに、ｎライン電極１の他端（ｎパッド電極が形成された一端の反対側に位置する端）と、ｐパッド電極３ｂ（ｐパッド電極３ｂが形成された拡散ライン電極３ａの一端部）との距離を、拡散ライン電極３ａとｎライン電極１の間隔にほぼ等しく設定している。
Furthermore, the other end of the n-line electrode 1 (the end located on the opposite side of the one end on which the n-pad electrode is formed), the p-
これにより、どの部分においても電流拡散導体３とｎライン電極との間の距離を実質的に等しくできるので、発光領域全体にほぼ均一に電流を注入でき、均一な発光が可能となる。
As a result, the distance between the current spreading
また本発明の光源装置の好ましい発光素子の他の形態として集積型窒化物半導体発光素子を発光素子として用いるものであって、図１６と図１７と図１８を用いて説明する。図１６は平面図であり、図１７と図１８とは、図１６の断面図を部分的に示したものである。 Further, as another preferred light emitting element of the light source device of the present invention, an integrated nitride semiconductor light emitting element is used as the light emitting element, which will be described with reference to FIG. 16, FIG. 17, and FIG. FIG. 16 is a plan view, and FIGS. 17 and 18 partially show a cross-sectional view of FIG.
本実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子は、図１６に示すように、例えば、１０００μｍ×１０００μｍのサファイア基板１１上に長方形の３つの発光素
子１，２，３を互いに平行に配置しかつ、各発光素子の幅をある一定の値以下に設定することにより各素子の活性層にそれぞれ均一に電流が流れるようにして、
全体としての発光効率を向上させたことを特徴としている。
As shown in FIG. 16, the integrated nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment has, for example, three rectangular
It is characterized by improving the luminous efficiency as a whole.
本実施の形態の集積型窒化物半導体素子は、窒化ガリウム系化合物半導体の特有の構成であって、次のような知見に基づいてなされた構造である。 The integrated nitride semiconductor device of the present embodiment has a unique configuration of a gallium nitride-based compound semiconductor and has a structure based on the following knowledge.
すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子は、従来技術の欄において説明したように、ｎ層上の一部にｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極に近接してｎ層上に活性層を介してｐ層を形成し、さらにそのｐ層の上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を形成するという独特の構造を有する。 That is, a light-emitting element formed using a gallium nitride-based compound semiconductor has an n-side ohmic electrode formed on a part of the n-layer and is close to the n-side ohmic electrode as described in the section of the prior art. The p-layer is formed on the n-layer via the active layer, and the p-side ohmic electrode is formed on almost the entire surface of the p-layer.
このような独特の構成においては、ｎ側オーミック電極から２５０μｍ以内の距離にある活性層に注入される電流はほぼ一定であるが、２５０μｍ以上離れると急激に減少する。実際には２２０μｍより離れると活性層に注入される電流は徐徐に減少しはじめるが、２５０μｍまでは電流値は実質的に一定とみなすことができる。 In such a unique configuration, the current injected into the active layer within a distance of 250 μm or less from the n-side ohmic electrode is almost constant, but rapidly decreases when separated by 250 μm or more. Actually, the current injected into the active layer begins to gradually decrease when moving away from 220 μm, but the current value can be regarded as substantially constant up to 250 μm.
また、この現象（活性層が２５０μｍ以上離れると注入される電流が急激に減少するという現象）は、ｎ層の抵抗値に起因して生じると考えられるが、通常、用いられるｎ層の抵抗値の範囲においては、変わらないことが確認されている。これらの知見から次のことが言える。 In addition, this phenomenon (a phenomenon in which the injected current sharply decreases when the active layer is separated by 250 μm or more) is considered to be caused by the resistance value of the n layer. It has been confirmed that there is no change in the range of. The following can be said from these findings.
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、一方向に長い長方形の活性層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した場合であっても、ｎ側オーミック電極からの距離を２５０μｍ以内とすれば、活性層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。 Even when a rectangular active layer that is long in one direction and a p-type gallium nitride compound semiconductor layer are formed on the n-type gallium nitride compound semiconductor layer, the distance from the n-side ohmic electrode should be within 250 μm. In this case, current can be injected almost uniformly throughout the active layer.
具体的には、長方形の活性層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の１つの長辺に沿って活性層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と同じ長さのｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極と活性層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の他の長辺との間の距離を２５０μｍ以下、より好ましくは２２０μｍ以下にすれば、活性層にほぼ均一に電流を注入することができる。 本実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子２００は、上述の考えに基いて構成されたものである。
Specifically, an n-side ohmic electrode having the same length as the active layer and the p-type gallium nitride compound semiconductor layer is formed along one long side of the rectangular active layer and the p-type gallium nitride compound semiconductor layer, If the distance between the n-side ohmic electrode and the other long side of the active layer and the p-type gallium nitride compound semiconductor layer is 250 μm or less, more preferably 220 μm or less, current is injected almost uniformly into the active layer. be able to. The integrated nitride semiconductor
詳細に説明すると、実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子２００の発光素子１，２，３において、各半導体層及び電極はそれぞれ以下のように形成される。
More specifically, in the
（１）ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、例えば、サファイアからなる基板１１上のほぼ全面に成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝４１により分離されて、平面形状が長方形になるように形成される。 ここで、本実施の形態において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、好ましくは、サファイア基板１１上に形成された膜厚１．５μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層、膜厚３０００ÅのアンドープＧａＮ層、膜厚３００ÅのＳｉドープＧａＮ層、膜厚５０ÅのアンドープＧａＮ層、多層膜層の積層構造とする。このようにｎ層１２を上記積層構造とすることにより、順方向電圧Ｖｆを低くできかつ発光効率を良くできる。尚、多層膜層は、好ましくは、アンドープＧａＮよりなり膜厚４０Åの第１の層と、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなり膜厚２０Åの第２の層を交互にそれぞれ１０層になるように積層することにより構成する。
(1) In the n-type gallium nitride compound semiconductor layer 12 (n layer 12), for example, the n-type gallium nitride compound semiconductor layer grown on almost the entire surface of the
また、本実施の形態の積層構造のｎ層１２全体としての抵抗率は、実質的には膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層により決まり、本実施の形態においてはこの層の抵抗率を５．５〜７．２×１０-3Ωｃｍの範囲でかつ膜厚が２．０μｍ以上に設定することが好ましく、このようにすると発光層１０全体により均一に電流を注入することができ、より均一な発光が得られる。
In addition, the resistivity of the n-
尚、ＧａＮ層において、３×１０18〜６×１０18ｃｍ-3の範囲でＳｉをドープすることにより、抵抗率が５．５〜７．２×１０-3Ωｃｍの範囲のＳｉドープＧａＮ膜を構成できる。
（２）活性層１０は、ｎ層１２とほぼ同一の長さとｎ層１２より狭い幅を有す
る長方形であって、その１つの長辺がｎ層１２の１つの長辺に実質的に一致するようにｎ層１２上に形成される。このように形成することにより、ｎ層１２上に活性層１０に沿ってｎ側オーミック電極を形成するための領域が確保される。ここで、本実施の形態では、活性層１０の幅は、ｎ側オーミック電極から離れた側に位置する長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が２２０μｍになるように設定した。
Incidentally, in the GaN layer, Si is doped in the range of 3 × 10 18 to 6 × 10 18 cm −3 , so that the resistivity is in the range of 5.5 to 7.2 × 10 −3 Ωcm. Can be configured.
(2) The
また、本実施の形態において、活性層１０はＧａＮの一部をＩｎで置き換えたＩｎxＧａ1-xＮ層により構成することができる。また、活性層１０は、ＩｎxＧａ1-xＮ層を少なくとも１層含むように構成することもできる。このようにすると、ＩｎxＧａ1-xＮ層におけるＩｎの含有量を変化させることにより発光波長を変えることができる。
In the present embodiment, the
（３）ｎ側オーミック電極１４（１４ａ）は、活性層１０とほぼ同一の長さを有し、ｎ層１２上に、活性層１０に沿ってかつ活性層１０と近接して形成される。このｎ側オーミック電極１４と活性層１０との間の間隔は、製造上の制約により１０〜２０μｍに設定されるが、本発明においては間隔を１０μｍ以下にすることが好ましく、このようにすると、均一に電流を注入することができる幅を大きくすることができる。 すなわち、ｎ側オーミック電極１４と活性層１０との間隔を２０μｍにすると、均一に電流を注入することができる活性層の幅は最大で２００μｍであるが、ｎ側オーミック電極１４と活性層１０との間隔を５μｍにすると、均一に電流を注入することができる活性層の幅は最大で２１５μｍにできる。 また、ｎ側オーミック電極１４（１４ａ）は、ｎ層１２とのオーミック接触を良好にするために、ＷとＡｌを含む層とすることが好ましく、さらに好ましくは、Ｗ層（２００Å）、Ａｌ層（１０００Å）、Ｗ層（５００Å）、Ｐｔ層（３０００Å）、Ｎｉ層（６０Å）を順次積層することにより形成する。
(3) The n-side ohmic electrode 14 (14a) has substantially the same length as the
（４）ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、活性層１０と同一平面形状を有し活性層１０上に重ねて形成される。実際には、活性層１０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、ｎ層１２上に活性層１０及びｐ層１３を重ねて形成した後、ｎ側オーミック電極１４を形成するｎ層１２表面を露出させるために一括してエッチングすることにより形成する。
(4) The p-type gallium nitride based
尚、本実施の形態１では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は１５００Åの厚さに形成した。
（５）ｐ側オーミック電極１５は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３上のほぼ全面に形成され、ｐ層１３と良好なオーミック接触を得るために、Ｎｉ層とＰｔ層とを積層することにより構成することが好ましく、より好ましくは、Ｎｉ層１００ÅとＰｔ層５００Åを積層することにより構成する。
（６）そして、ｐパッド電極１６（１６ａ）は、例えば、膜厚３０００ÅのＰｔからなり、ｐ側オーミック電極１５上において、ｎ側オーミック電極１４とは離れた側に位置するｐ側オーミック電極１５の長辺に沿って形成される。
In the first embodiment, the p-type gallium nitride based
(5) The p-
(6) The p-pad electrode 16 (16a) is made of, for example, Pt having a thickness of 3000 mm, and the p-
さらに、本実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子において、上述のように構成された発光素子１，２，３は、絶縁保護膜１７により素子間が分離され、接続電極２１により以下のように接続される。
Furthermore, in the integrated nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment, the
絶縁保護膜１７は、各発光素子のｐパッド電極１６（１６ａ）上及びｎ側オーミック電極１４（１４ａ）上を除いて素子全体を覆うように形成される。
The insulating
接続電極２１は、発光素子１のｎ側オーミック電極１４ａ上、分離溝４１に形成された絶縁膜１７上及び発光素子２のｐ側オーミック電極１６ａ上に連続して形成され、これにより、発光素子１のｎ側オーミック電極１４ａと発光素子２のｐ側オーミック電極１６ａが接続される。
The
また、接続電極２１は、発光素子２と発光素子３との間においても同様に形成され、これにより、発光素子２のｎ側オーミック電極１４ａと発光素子３のｐ側オーミック電極１６ａが接続される。接続電極２１は、Ｐｔ又はＡｕ等、種々の金属で構成することができるが、ｐ及びｎパッド電極との密着性を良好にするために、Ｔｉ（例えば、４００Å）、Ｐｔ（例えば、６０００Å）、Ａｕ（例えば、１０００Å）、Ｎｉ（例えば、６０Å）を順に積層した構造とすることが好ましい。
Further, the
尚、本実施の形態ではさらに、発光素子１のｐパッド電極１６上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２６が形成され、発光素子３のｎパッド電極１４上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２４が形成される。
In the present embodiment, an
以上のように構成された実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の各発光素子１，２，３において、活性層１０を長方形に形成し、活性層１０の一方の長辺に沿って近接するようにｎ側オーミック電極を形成し、活性層１０の他方の長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を２２０μｍに設定しているので、活性層１０全体に略均一に電流を注入することができる。
In each of the light-emitting
このように構成したことにより、本実施の形態の集積型窒化物半導体素子は、各発光素子１，２，３の活性層１０全体に渡って均一に発光させることができるので、各発光素子における発光効率を高くすることができ、全体としての発光効率をよくできる。
With this configuration, the integrated nitride semiconductor device of the present embodiment can emit light uniformly over the entire
また、本実施の形態の集積型窒化物半導体素子においては、一方向のみに互いに平行な分離溝４１を形成することにより各素子を分離しているので、格子状に溝を形成して各素子を分離した従来例に比較して、基板１１全体の面積に対する分離溝４１の占める面積の割合を少なくすることができる。
Further, in the integrated nitride semiconductor device of the present embodiment, since the respective elements are separated by forming the isolation grooves 41 parallel to each other only in one direction, each element is formed by forming grooves in a lattice shape. The ratio of the area occupied by the separation groove 41 to the entire area of the
これにより、集積型窒化物半導体素子の全体の面積に対する活性層１０が占める面積（発光素子１，２，３の活性層１０を合計した面積）の割合を増加させることができ、発光効率を向上させることができる。
As a result, the ratio of the area occupied by the
この実施の形態の変形例として、集積型窒化物半導体発光素子は、素子の静電耐圧特性を良くするために、ＳｉドープＧａＮ層を４．２μｍになるように形成し、かつｐ層１３を３５００Åの厚さになるように形成した以外は、同様に構成される。
As a modification of this embodiment, in an integrated nitride semiconductor light emitting device, in order to improve the electrostatic withstand voltage characteristics of the device, an Si-doped GaN layer is formed to be 4.2 μm, and
以上のように構成された変形例の集積型窒化物半導体発光素子は、実施の形態と同様、活性層１０全体に均一に電流を注入することができ、均一でかつ発光効率の良好な素子とできる。また、本変形例の集積型窒化物半導体発光素子は、ＳｉドープＧａＮ層及びｐ層１３をそれぞれ実施の形態に比較して厚くしているので、実施の形態１の素子に比較して静電耐圧を向上させることができる。
The integrated nitride semiconductor light emitting device of the modified example configured as described above can inject current uniformly throughout the
以上のような発光素子を本発明の光源装置として用いることで、大面積でかつ均一で高輝度な発光が得られ、配光性に優れさらに高輝度な光源装置を実現できる。 By using the light emitting element as described above as the light source device of the present invention, light emission with a large area, uniform and high luminance can be obtained, and a light source device with excellent light distribution and higher luminance can be realized.
また、本発明の光源装置としては、さらに好ましくは、前記発光素子２００は、白色を呈することを特徴とする。白色を呈する発光素子２００を得るには、代表的な形態として、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に形成される活性層を、少なくとも２つの異なる波長が発光される活性層とするか、もしくはｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に形成される活性層から発光される光を励起する蛍光体３０２を光源装置内に形成することで、発光波長と蛍光体３０２によって励起した波長との少なくとも異なる２つの波長が発光されてなる発光素子２００とすることで、実現できる。特に蛍光体３０２を用いて白色を呈する発光素子２００を形成する場合、蛍光体３０２としては次に示すような材料を用いることが好ましい。
［蛍光体３０２］
本願発明に用いられる蛍光体３０２は、発光素子２００から放出された可視光や紫外光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光するものである。
Further, in the light source device of the present invention, it is more preferable that the
[Phosphor 302]
The
本実施の形態に用いられる蛍光体としては、少なくともＬＥＤチップの半導体発光層から発光された光によって励起され、波長変換した光を発光する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤とともに波長変換部材中に含有される。本実施の形態において、蛍光体として紫外光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体も用いることができ、具体例として、例えば、
（１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ
（２）Ｍ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ
（５）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ
（６）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
（７）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ
（８）Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ
（９）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
（１０）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ
（１１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ
（１２）Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ
（１３）Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
The phosphor used in the present embodiment is a phosphor that emits light that has been wavelength-converted and excited by light emitted from at least the semiconductor light emitting layer of the LED chip, together with a binder that fixes the phosphor. It is contained in the wavelength conversion member. In this embodiment, a phosphor that is excited by ultraviolet light and generates light of a predetermined color can be used as a phosphor. As a specific example, for example,
(1) Ca 10 (PO 4 ) 6 FCl: Sb, Mn
(2) M 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (where M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg)
(3) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu
(4) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, Mn
(5) 3.5MgO.0.5MgF 2 .GeO 2 : Mn
(6) Y 2 O 2 S: Eu
(7) Mg 6 As 2 O 11 : Mn
(8) Sr 4 Al 14 O 25 : Eu
(9) (Zn, Cd) S: Cu
(10) SrAl 2 O 4 : Eu
(11) Ca 10 (PO 4 ) 6 ClBr: Mn, Eu
(12) Zn 2 GeO 4 : Mn
(13) Gd 2 O 2 S: Eu, (14) La 2 O 2 S: Eu, and the like.
また、これらの蛍光体は、一層からなる波長変換部材中に単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。さらに、二層以上が積層されてなる波長変換部材中にそれぞれ単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。 In addition, these phosphors may be used alone in a single-layer wavelength conversion member, or may be used as a mixture. Furthermore, they may be used alone or in combination in a wavelength conversion member in which two or more layers are laminated.
ＬＥＤチップが発光した光と、蛍光体が発光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混色させることで白色系の混色光を発光することができる。具体的には、ＬＥＤチップからの光と、それによって励起され発光する蛍光体の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合やＬＥＤチップが発光した青色系の光と、それによって励起され発光する蛍光体の黄色系の光が挙げられる。 When the light emitted from the LED chip and the light emitted from the phosphor are in a complementary color relationship, white mixed color light can be emitted by mixing each light. Specifically, the light emitted from the LED chip and the phosphor light excited and emitted thereby correspond to the three primary colors of light (red, green, and blue), or the blue light emitted from the LED chip. And yellow light of a phosphor that is excited to emit light.
発光装置の発光色は、蛍光体と蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスなどの無機部材などとの比率、蛍光体の沈降時間、蛍光体の形状などを種々調整すること及びＬＥＤチップの発光波長を選択することにより電球色など任意の白色系の色調を提供させることができる。発光装置の外部には、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。 The emission color of the light emitting device can be adjusted by variously adjusting the ratio of the phosphor and various members such as glass and inorganic members such as glass, the settling time of the phosphor, the shape of the phosphor, and the LED chip. By selecting the emission wavelength, it is possible to provide an arbitrary white color tone such as a light bulb color. It is preferable that the light from the LED chip and the light from the phosphor efficiently pass through the mold member outside the light emitting device.
具体的な蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。 Specific phosphors include cadmium zinc sulfide activated with copper and yttrium / aluminum / garnet phosphor (hereinafter referred to as “YAG phosphor”) activated with cerium. In particular, at the time of high luminance and long-term use (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: Ce (0 ≦ x <1,0 ≦ y ≦ 1, where, Re Is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, and La).
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。 (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: Ce phosphor, for garnet structure, heat, resistant to light and moisture, the peak of the excitation spectrum can be like in the vicinity of 470nm Can do. In addition, the emission peak is in the vicinity of 530 nm, and a broad emission spectrum that extends to 720 nm can be provided.
本発明の発光装置において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。 In the light emitting device of the present invention, the phosphor may be a mixture of two or more phosphors. That, Al, Ga, Y, the content of La and Gd and Sm are two or more kinds of (Re 1-x Sm x) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: by mixing Ce phosphor RGB wavelength components can be increased. At present, there are variations in the emission wavelength of the semiconductor light emitting device, so that two or more kinds of phosphors can be mixed and adjusted to obtain a desired white mixed color light or the like. Specifically, by adjusting the amount of phosphors having different chromaticity points in accordance with the emission wavelength of the light emitting element, the arbitrary points on the chromaticity diagram connected between the phosphors and the light emitting element are caused to emit light. be able to.
このような蛍光体は、気相や液相中に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相中での蛍光体は、自重によって沈降する。特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い蛍光体を持つ層を形成させることができる。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の蛍光体量を形成することができる。 Such a phosphor can be dispersed in a gas phase or a liquid phase and released uniformly. The phosphor in the gas phase or liquid phase is precipitated by its own weight. In particular, in a liquid phase, a layer having a phosphor with higher uniformity can be formed by allowing the suspension to stand. A desired amount of phosphor can be formed by repeating a plurality of times as desired.
以上のようにして形成される蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる波長変換部材中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる波長変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このようにすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による白色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。ここで本発明において、蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。 Two or more kinds of phosphors formed as described above may be present in a single-layer wavelength conversion member on the surface of the light-emitting device, or one or two of each of the two-layer wavelength conversion member. There may be more than one type. In this way, white light can be obtained by mixing colors from different types of phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameters and shapes of the phosphors are similar in order to better mix the light emitted from the phosphors and reduce color unevenness. Here, in the present invention, the particle size of the phosphor is a value obtained by a volume-based particle size distribution curve, and the volume-based particle size distribution curve can be obtained by measuring the particle size distribution of the phosphor by a laser diffraction / scattering method. Is. Specifically, in an environment where the temperature is 25 ° C. and the humidity is 70%, the phosphor is dispersed in a sodium hexametaphosphate aqueous solution having a concentration of 0.05%, and a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000A) It was obtained by measuring in a particle size range of 0.03 μm to 700 μm.
本実施の形態において使用される蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体に代表されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物系蛍光体とを組み合わせたものを使用することもできる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合して波長変換部材中に含有させてもよいし、複数の層から構成される波長変換部材中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
（アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
本実施の形態に用いられるアルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップから発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、上述したＹＡＧ系蛍光体の他、Ｔｂ２．９５Ｃｅ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｔｂ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９４Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０１Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０５Ａｌ５Ｏ１２等が挙げられる。これらのうち、本実施の形態において、特にＹを含み、かつＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体が利用される。
The phosphor used in the present embodiment is a combination of an aluminum garnet phosphor typified by a YAG phosphor and a phosphor capable of emitting red light, particularly a nitride phosphor. Can also be used. These YAG phosphors and nitride phosphors may be mixed and contained in the wavelength conversion member, or may be separately contained in the wavelength conversion member composed of a plurality of layers. Hereinafter, each phosphor will be described in detail.
(Aluminum / garnet phosphor)
The aluminum garnet phosphor used in the present embodiment includes Al and at least one element selected from Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, and Ga and In. It is a phosphor that contains one selected element and is activated by at least one element selected from rare earth elements, and is a phosphor that emits light when excited by visible light or ultraviolet light emitted from an LED chip. . For example, in addition to the YAG phosphor described above, Tb 2.95 Ce 0.05 Al 5 O 12 , Y 2.90 Ce 0.05 Tb 0.05 Al 5 O 12 , Y 2.94 Ce 0.05 Pr 0.01 Al 5 O 12, Y 2.90 Ce 0.05 Pr 0.05 Al 5
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの透光性無機物中に含有させることもできる。このように蛍光体が含有されたものは、ＬＥＤチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と透光性無機物との比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。 Blue light emitted from a light emitting element using a nitride compound semiconductor in the light emitting layer and green light and red light emitted from a phosphor whose body color is yellow to absorb blue light, or When yellow light and green light and red light are mixedly displayed, a desired white light emission color display can be performed. In order to cause this color mixture, the light emitting device can contain phosphor powder and bulk in various resins such as epoxy resin, acrylic resin or silicone resin, and translucent inorganic materials such as silicon oxide and aluminum oxide. Thus, the thing containing the fluorescent substance can be variously used according to uses, such as a dot-like thing and a layer-like thing formed so thinly that the light from the LED chip is transmitted. By adjusting the ratio, coating, and filling amount of the phosphor and the translucent inorganic substance and selecting the emission wavelength of the light emitting element, it is possible to provide an arbitrary color tone such as a light bulb color including white.
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。 In addition, by arranging two or more kinds of phosphors in order with respect to the incident light from the light emitting element, a light emitting device capable of efficiently emitting light can be obtained. That is, on a light emitting element having a reflective member, a color conversion member containing a phosphor that has an absorption wavelength on the long wavelength side and can emit light at a long wavelength, and an absorption wavelength on the longer wavelength side that has a longer wavelength. The reflected light can be used effectively by laminating a color conversion member capable of emitting light at a wavelength.
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ−２以上１０００Ｗ・ｃｍ−２以下のＬＥＤチップと接する或いは近接して配置された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発光装置とすることができる。 When YAG phosphor is used, sufficient light resistance with high efficiency even when it is placed in contact with or close to an LED chip having an irradiance of (Ee) = 0.1 W · cm −2 to 1000 W · cm −2 The light emitting device can be made to have the property.
本実施の形態に用いられるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。 The cerium-activated yttrium / aluminum oxide phosphor used in the present embodiment, which is a green-based YAG phosphor capable of emitting light, has a garnet structure and is resistant to heat, light and moisture, and is excited and absorbed. The peak wavelength of the spectrum can be in the vicinity of 420 nm to 470 nm. Also, the emission peak wavelength λp is near 510 nm, and has a broad emission spectrum that extends to the vicinity of 700 nm. On the other hand, the YAG phosphor that emits red light, which is an yttrium-aluminum oxide phosphor activated by cerium, has a garnet structure, is resistant to heat, light and moisture, and has a peak wavelength of 420 nm in the excitation absorption spectrum. To about 470 nm. Further, the emission peak wavelength λp is in the vicinity of 600 nm, and has a broad emission spectrum that extends to the vicinity of 750 nm.
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなり、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。 Of the composition of YAG phosphors with a garnet structure, the emission spectrum is shifted to the short wavelength side by substituting part of Al with Ga, and part of Y of the composition is replaced with Gd and / or La. By doing so, the emission spectrum shifts to the long wavelength side. In this way, it is possible to continuously adjust the emission color by changing the composition. Therefore, an ideal condition for converting white light emission by using blue light emission of the nitride semiconductor is provided such that the intensity on the long wavelength side is continuously changed by the composition ratio of Gd. If the substitution of Y is less than 20%, the green component is large and the red component is small, and if it is 80% or more, the redness component is increased but the luminance is drastically decreased. Similarly, the excitation absorption spectrum is shifted to the short wavelength side by substituting part of Al with Ga in the composition of the YAG phosphor having a garnet structure. By substituting a part of Gd and / or La, the excitation absorption spectrum is shifted to the longer wavelength side. The peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the YAG phosphor is preferably on the shorter wavelength side than the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element. With this configuration, when the current input to the light emitting element is increased, the peak wavelength of the excitation absorption spectrum substantially matches the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element, so that the excitation efficiency of the phosphor is not reduced. Thus, a light emitting device in which the occurrence of chromaticity deviation is suppressed can be formed.
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。 Such phosphors use oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures as raw materials for Y, Gd, Ce, La, Al, Sm, Pr, Tb and Ga, and they are added in a stoichiometric ratio. Mix thoroughly to obtain the raw material. Or a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, La, Sm, Pr, and Tb in an acid at a stoichiometric ratio with acid; Aluminum and gallium oxide are mixed to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux and packed in a crucible, fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product, and then the fired product in water. It can be obtained by ball milling, washing, separating, drying and finally passing through a sieve. Further, in the method for manufacturing a phosphor according to another embodiment, a first firing step in which a mixture composed of a mixture of phosphor materials and a flux is mixed in the atmosphere or in a weak reducing atmosphere, and in a reducing atmosphere. It is preferable to perform the baking in two stages, which includes the second baking step performed in step (b). Here, the weak reducing atmosphere refers to a weak reducing atmosphere set to include at least the amount of oxygen necessary in the reaction process of forming a desired phosphor from the mixed raw material. By performing the first firing step until the formation of the phosphor structure is completed, blackening of the phosphor can be prevented and a decrease in light absorption efficiency can be prevented. In addition, the reducing atmosphere in the second firing step refers to a reducing atmosphere stronger than the weak reducing atmosphere. By firing in two stages in this way, a phosphor with high absorption efficiency at the excitation wavelength can be obtained. Therefore, when a light emitting device is formed with the phosphor thus formed, the amount of the phosphor necessary for obtaining a desired color tone can be reduced, and a light emitting device with high light extraction efficiency can be formed. Can do.
組成の異なる２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子から光をより短波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用される蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体もしようすることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップから発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。例えば、Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系など種々の組み合わせの蛍光体を製造することができる。希土類元素であるＺは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕのうち少なくとも１種以上が含有されていることが好ましいが、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂが含有されていてもよい。これらの希土類元素は、単体の他、酸化物、イミド、アミド等の状態で原料中に混合する。希土類元素は、主に安定な３価の電子配置を有するが、Ｙｂ、Ｓｍ等は２価、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｂ等は４価の電子配置を有する。酸化物の希土類元素を用いた場合、酸素の関与が蛍光体の発光特性に影響を及ぼす。つまり酸素を含有することにより発光輝度の低下を生じる場合もある。その反面、残光を短くするなどの利点もある。但し、Ｍｎを用いた場合は、ＭｎとＯとのフラックス効果により粒径を大きくし、発光輝度の向上を図ることができる。
例えば、共付活剤としてＬａを使用する。酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）は、白色の結晶で、空気中に放置すると速やかに炭酸塩に代わるため、不活性ガス雰囲気中で保存する。
例えば、共付活剤としてＰｒを使用する。酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）は、通常の希土類酸化物Ｚ２Ｏ３と異なり、非化学量論的酸化物で、プラセオジムのシュウ酸塩、水酸化物、炭酸塩などを空気中で焼く８００℃に加熱するとＰｒ６Ｏ１１の組成をもつ黒色の粉体として得られる。Ｐｒ６Ｏ１１はプラセオジム化合物合成の出発物質となり、高純度のものも市販されている。
Yttrium / aluminum oxide phosphors activated with two or more types of cerium having different compositions may be used in combination, or may be arranged independently. When the phosphors are arranged independently, it is preferable to arrange the phosphors in the order of the phosphor that easily absorbs and emits light from the light emitting element on the shorter wavelength side, and the phosphor that easily absorbs and emits light on the longer wavelength side. This makes it possible to efficiently absorb and emit light.
(Nitride phosphor)
The phosphor used in the present invention contains N and at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and A nitride-based phosphor containing at least one element selected from Hf and activated by at least one element selected from rare earth elements can also be used. The nitride-based phosphor used in the present embodiment refers to a phosphor that emits light when excited by absorbing visible light, ultraviolet light, and light emitted from the YAG-based phosphor emitted from the LED chip. For example, Ca—Ge—N: Eu, Z system, Sr—Ge—N: Eu, Z system, Sr—Ca—Ge—N: Eu, Z system, Ca—Ge—O—N: Eu, Z system, Sr—Ge—O—N: Eu, Z system, Sr—Ca—Ge—ON: Eu, Z system, Ba—Si—N: Eu, Z system, Sr—Ba—Si—N: Eu, Z Type, Ba-Si-ON: Eu, Z type, Sr-Ba-Si-ON: Eu, Z type, Ca-Si-CN: Eu, Z type, Sr-Si-CN : Eu, Z system, Sr-Ca-Si-CN: Eu, Z system, Ca-Si-C-O-N: Eu, Z system, Sr-Si-C-O-N: Eu, Z system Sr—Ca—Si—C—O—N: Eu, Z series, Mg—Si—N: Eu, Z series, Mg—Ca—Sr—Si—N: Eu, Z series, Sr—Mg—Si— N: Eu, Z-based, Mg-Si-O- : Eu, Z series, Mg-Ca-Sr-Si-ON: Eu, Z series, Sr-Mg-Si-ON: Eu, Z series, Ca-Zn-Si-CN: Eu, Z-based, Sr-Zn-Si-CN: Eu, Z-based, Sr-Ca-Zn-Si-CN: Eu, Z-based, Ca-Zn-Si-CN- Eu: Z System, Sr—Zn—Si—C—O—N: Eu, Z system, Sr—Ca—Zn—Si—C—O—N: Eu, Z system, Mg—Zn—Si—N: Eu, Z system Mg-Ca-Zn-Sr-Si-N: Eu, Z system, Sr-Zn-Mg-Si-N: Eu, Z system, Mg-Zn-Si-O-N: Eu, Z system, Mg- Ca-Zn-Sr-Si-ON: Eu, Z system, Sr-Mg-Zn-Si-ON: Eu, Z system, Ca-Zn-Si-Sn-CN: Eu, Z system , Sr-Zn-Si-S -CN: Eu, Z system, Sr-Ca-Zn-Si-Sn-CN: Eu, Z system, Ca-Zn-Si-Sn-C-O-N: Eu, Z system, Sr- Zn—Si—Sn—C—O—N: Eu, Z series, Sr—Ca—Zn—Si—Sn—C—O—N: Eu, Z series, Mg—Zn—Si—Sn—N: Eu, Z-based, Mg-Ca-Zn-Sr-Si-Sn-N: Eu, Z-based, Sr-Zn-Mg-Si-Sn-N: Eu, Z-based, Mg-Zn-Si-Sn-O-N : Eu, Z series, Mg-Ca-Zn-Sr-Si-Sn-ON: Eu, Z series, Sr-Mg-Zn-Si-Sn-ON: Various combinations such as Eu, Z series A phosphor can be manufactured. Z, which is a rare earth element, preferably contains at least one of Y, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, and Lu, but Sc, Sm, Tm, Yb may be contained. These rare earth elements are mixed in the raw material in the form of oxides, imides, amides, etc. in addition to simple substances. Rare earth elements mainly have a stable trivalent electron configuration, while Yb, Sm, etc. have a divalent configuration, and Ce, Pr, Tb, etc. have a tetravalent electron configuration. When the rare earth element of the oxide is used, the involvement of oxygen affects the light emission characteristics of the phosphor. In other words, the emission luminance may be reduced by containing oxygen. On the other hand, there are also advantages such as shortening the afterglow. However, when Mn is used, the particle size can be increased by the flux effect of Mn and O, and the luminance can be improved.
For example, La is used as a coactivator. Since lanthanum oxide (La 2 O 3 ) is a white crystal and is quickly replaced with carbonate when left in the air, it is stored in an inert gas atmosphere.
For example, Pr is used as a coactivator. Praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ) is a non-stoichiometric oxide, unlike ordinary rare earth oxide Z 2 O 3, and burns praseodymium oxalate, hydroxide, carbonate, etc. in the air 800 When heated to 0 ° C., it is obtained as a black powder having a composition of Pr 6 O 11 . Pr 6 O 11 is a starting material for synthesizing a praseodymium compound, and a high-purity one is also commercially available.
特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
In particular, the phosphor according to the present invention includes Mn-added Sr—Ca—Si—N: Eu, Ca—Si—N: Eu, Sr—Si—N: Eu, Sr—Ca—Si—O—N: Eu, Ca-Si-ON: Eu, Sr-Si-ON: Eu-based silicon nitride. The basic constituent elements of this phosphor are represented by the general formula L X Si Y N (2 / 3X + 4 / 3Y) : Eu or L X Si Y O Z N (2 / 3X + 4 / 3Y-2 / 3Z) : Eu (L is Sr, Ca, or any one of Sr and Ca.) In the general formula, X and Y are preferably X = 2, Y = 5, or X = 1, Y = 7, but any can be used. Specifically, the basic constituent elements, Mn is added (Sr X Ca 1-X) 2 Si 5 N 8: Eu,
L is any one of Sr, Ca, Sr and Ca. The mixing ratio of Sr and Ca can be changed as desired.
By using Si for the composition of the phosphor, it is possible to provide an inexpensive phosphor with good crystallinity.
発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。 Europium Eu, which is a rare earth element, is used for the emission center. Europium mainly has bivalent and trivalent energy levels. The phosphor of the present invention uses Eu 2+ as an activator with respect to the base alkaline earth metal silicon nitride. Eu 2+ is easily oxidized and is commercially available with a trivalent Eu 2 O 3 composition. However, in commercially available Eu 2 O 3 , O is greatly involved and it is difficult to obtain a good phosphor. Therefore, it is preferable to use a material obtained by removing O from Eu 2 O 3 out of the system. For example, it is preferable to use europium alone or europium nitride. However, this is not the case when Mn is added.
Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｔｂ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｃｅなどが製造できるがこれに限定されない。 Sr 2 Si 5 N 8: Eu , Pr, Ba 2 Si 5 N 8: Eu, Pr, Mg 2 Si 5 N 8: Eu, Pr, Zn 2 Si 5 N 8: Eu, Pr, SrSi 7 N 10: Eu , Pr, BaSi 7 N 10: Eu, Ce, MgSi 7 N 10: Eu, Ce, ZnSi 7 N 10: Eu, Ce, Sr 2 Ge 5 N 8: Eu, Ce, Ba 2 Ge 5 N 8: Eu, Pr, Mg 2 Ge 5 N 8 : Eu, Pr, Zn 2 Ge 5 N 8: Eu, Pr, SrGe 7 N 10: Eu, Ce, BaGe 7 N 10: Eu, Pr, MgGe 7 N 10: Eu, Pr , ZnGe 7 N 10: Eu, Ce, Sr 1.8 Ca 0.2 Si 5 N 8: Eu, Pr, Ba 1.8 Ca 0.2 Si 5 N 8: Eu, Ce, Mg 1.8 Ca 0 .2 Si 5 N 8 : Eu, Pr, Zn 1.8 Ca 0.2 Si 5 N 8 : Eu, Ce, Sr 0.8 Ca 0.2 Si 7 N 10 : Eu, La, Ba 0.8 Ca 0.2 Si 7 N 10: Eu, La, Mg 0.8 Ca 0.2 Si 7 N 10: Eu, Nd, Zn 0.8 Ca 0.2 Si 7 N 10: Eu, Nd, Sr 0.8 Ca 0.2 Ge 7 N 10: Eu, Tb, Ba 0.8 Ca 0.2 Ge 7 N 10: Eu, Tb, Mg 0.8 Ca 0.2 Ge 7 N 10: Eu, Pr, Zn 0.8 Ca 0.2 Ge 7 N 10 : Eu, Pr, Sr 0.8 Ca 0.2 Si 6 GeN 10 : Eu, Pr, Ba 0.8 Ca 0.2 Si 6 GeN 10 : Eu, Pr, Mg 0.8 Ca 0.2 Si 6 GeN 10: Eu, Y , Zn 0.8 Ca 0.2 Si GeN 10: Eu, Y, Sr 2 Si 5 N 8: Pr, Ba 2 Si 5 N 8: Pr, Sr 2 Si 5 N 8: Tb, BaGe 7 N 10: Ce , etc. can be manufactured without limitation.
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ、Ｎａ，Ｋ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｆｅ，Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
Mn as an additive promotes diffusion of Eu 2+ and improves luminous efficiency such as luminous luminance, energy efficiency, and quantum efficiency. Mn is contained in the raw material, or Mn alone or a Mn compound is contained in the manufacturing process and fired together with the raw material. However, Mn is not contained in the basic constituent elements after firing, or even if contained, only a small amount remains compared to the initial content. This is probably because Mn was scattered in the firing step.
The phosphor includes Mg, Ga, In, Li, Na, K, Re, Mo, Fe, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, in the basic constituent element or together with the basic constituent element. It contains at least one selected from the group consisting of Mn, Cr, O and Ni. These elements have actions such as increasing the particle diameter and increasing the luminance of light emission. Further, B, Al, Mg, Cr and Ni have an effect that afterglow can be suppressed.
このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップによって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、ＬＥＤチップにより発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色系の混色光を発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップにより発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップにより発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０１中に一緒に混合し、ＬＥＤチップにより発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色系発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。 Such a nitride-based phosphor absorbs part of the blue light emitted by the LED chip and emits light in the yellow to red region. Using a nitride-based phosphor together with a YAG-based phosphor in a light-emitting device having the above-described configuration, the blue light emitted by the LED chip and the yellow to red light by the nitride-based phosphor are mixed to produce a warm color system. Provided is a light-emitting device that emits white mixed-color light. It is preferable that the phosphor added in addition to the nitride-based phosphor contains an yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium. This is because it can be adjusted to a desired chromaticity by containing the yttrium aluminum oxide phosphor. The yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium absorbs part of the blue light emitted by the LED chip and emits light in the yellow region. Here, the blue light emitted by the LED chip and the yellow light of the yttrium / aluminum oxide fluorescent material emit light blue-white by mixing colors. Therefore, the yttrium / aluminum oxide phosphor and the phosphor emitting red light are mixed together in the coating member 101 having translucency and combined with the blue light emitted by the LED chip to form a white-based material. A light emitting device that emits mixed color light can be provided. Particularly preferred is a white light emitting device whose chromaticity is located on the locus of black body radiation in the chromaticity diagram. However, in order to provide a light emitting device having a desired color temperature, the amount of phosphor of the yttrium / aluminum oxide phosphor and the amount of phosphor of red light emission can be appropriately changed. This light-emitting device that emits white-based mixed color light improves the special color rendering index R9. A conventional white light emitting device consisting only of a combination of a blue light emitting element and an yttrium aluminum oxide phosphor activated with cerium has a special color rendering index R9 of almost 0 at a color temperature of Tcp = 4600K, and a reddish component. Was lacking. For this reason, increasing the special color rendering index R9 has been a problem to be solved. However, in the present invention, the special color rendering index near the color temperature Tcp = 4600K is obtained by using the phosphor emitting red light together with the yttrium aluminum oxide phosphor. R9 can be increased to around 40.
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。 Next, the phosphor according to the present invention: is described a method of manufacturing the ((Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 Eu), but is not limited to this manufacturing method. The phosphor contains Mn and O.
原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。 Raw materials Sr and Ca are pulverized. The raw materials Sr and Ca are preferably used alone, but compounds such as imide compounds and amide compounds can also be used. The raw materials Sr and Ca may contain B, Al, Cu, Mg, Mn, MnO, Mn 2 O 3 , Al 2 O 3 and the like. The raw materials Sr and Ca are pulverized in a glove box in an argon atmosphere. Sr and Ca obtained by pulverization preferably have an average particle diameter of about 0.1 μm to 15 μm, but are not limited to this range. The purity of Sr and Ca is preferably 2N or higher, but is not limited thereto. In order to improve the mixed state, at least one of the metal Ca, the metal Sr, and the metal Eu can be alloyed, nitrided, pulverized, and used as a raw material.
原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。 The raw material Si is pulverized. The raw material Si is preferably a simple substance, but a nitride compound, an imide compound, an amide compound, or the like can also be used. For example, Si 3 N 4 , Si (NH 2 ) 2 , Mg 2 Si, or the like. The purity of the raw material Si is preferably 3N or more, but Al 2 O 3 , Mg, metal borides (Co 3 B, Ni 3 B, CrB), manganese oxide, H 3 BO 3 , B 2 O 3 , Compounds such as Cu 2 O and CuO may be contained. Si is also pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere in the same manner as the raw materials Sr and Ca. The average particle size of the Si compound is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
Next, the raw materials Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following
３Ｓｒ ＋ Ｎ２ → Ｓｒ３Ｎ２ ・・・（式１）
３Ｃａ ＋ Ｎ２ → Ｃａ３Ｎ２ ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
3Sr + N 2 → Sr 3 N 2 (Formula 1)
3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 (Formula 2)
Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere at 600 to 900 ° C. for about 5 hours. Sr and Ca may be mixed and nitrided, or may be individually nitrided. Thereby, a nitride of Sr and Ca can be obtained. Sr and Ca nitrides are preferably of high purity, but commercially available ones can also be used.
原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
The raw material Si is nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２ → Ｓｉ３Ｎ４ ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 (Formula 3)
Silicon Si is also nitrided in a nitrogen atmosphere at 800 to 1200 ° C. for about 5 hours. Thereby, silicon nitride is obtained. The silicon nitride used in the present invention is preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
Sr, Ca or Sr—Ca nitride is pulverized. Sr, Ca, and Sr—Ca nitrides are pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.
Similarly, Si nitride is pulverized. Similarly, the Eu compound Eu 2 O 3 is pulverized. Europium oxide is used as the Eu compound, but metal europium, europium nitride, and the like can also be used. In addition, as the raw material Z, an imide compound or an amide compound can be used. Europium oxide is preferably highly purified, but commercially available products can also be used. The average particle size of the alkaline earth metal nitride, silicon nitride and europium oxide after pulverization is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。 The raw material may contain at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O, and Ni. In addition, the above elements such as Mg, Zn, and B can be mixed by adjusting the blending amount in the following mixing step. These compounds can be added alone to the raw material, but are usually added in the form of compounds. Such compounds include H 3 BO 3 , Cu 2 O 3 , MgCl 2 , MgO · CaO, Al 2 O 3 , metal borides (CrB, Mg 3 B 2 , AlB 2 , MnB), B 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, and the like.
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。 After the pulverization, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, and Eu compound Eu 2 O 3 are mixed, and Mn is added. Since these mixtures are easily oxidized, they are mixed in a glove box in an Ar atmosphere or a nitrogen atmosphere.
最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。この焼成による基本構成元素の反応式を、以下に示す。
ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
However, the composition of the target phosphor can be changed by changing the blending ratio of each raw material.
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。 For firing, a tubular furnace, a small furnace, a high-frequency furnace, a metal furnace, or the like can be used. The firing temperature can be in the range of 1200 to 1700 ° C, but the firing temperature is preferably 1400 to 1700 ° C. It is preferable to use a one-step baking in which the temperature is gradually raised and the baking is performed at 1200 to 1500 ° C. for several hours, but the first baking is performed at 800 to 1000 ° C. and the heating is gradually started from 1200. Two-stage firing (multi-stage firing) in which the second stage firing is performed at 1500 ° C. can also be used. The phosphor material is preferably fired using a boron nitride (BN) crucible or boat. Besides the crucible made of boron nitride, a crucible made of alumina (Al 2 O 3 ) can also be used.
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。 By using the above manufacturing method, it is possible to obtain a target phosphor.
本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。 In the embodiment of the present invention, a nitride-based phosphor is used as the phosphor that emits reddish light. In the present invention, the above-described YAG-based phosphor can emit red light. It is also possible to provide a light emitting device including a simple phosphor. Such a phosphor capable of emitting red light is a phosphor that emits light when excited by light having a wavelength of 400 to 600 nm. For example, Y 2 O 2 S: Eu, La 2 O 2 S: Eu. CaS: Eu, SrS: Eu, ZnS: Mn, ZnCdS: Ag, Al, ZnCdS: Cu, Al and the like. Thus, by using a phosphor capable of emitting red light together with a YAG phosphor, it is possible to improve the color rendering properties of the light emitting device.
以上のようにして形成されるアルミニウムガーネット系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の周辺において一層からなる波長変換部材中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる波長変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子に近い位置に配置されるように波長変換部材を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、混色光の演色性を向上させることができる。
（アルカリ土類金属塩）
本実施の形態における発光装置は、発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。該アルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
ここで、好ましくは、ａ、ｂ、ｃおよびｄの値のうち、少なくとも一つが０．０１より大きい。
The phosphors capable of emitting red light typified by the aluminum garnet-based phosphor and nitride-based phosphor formed as described above are included in two wavelength conversion members in the vicinity of the light-emitting element. One or more types may be present, or one type or two or more types may be present in the two-layer wavelength conversion member. With such a configuration, it is possible to obtain mixed color light by mixing light from different types of phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameters and shapes of the phosphors are similar in order to better mix the light emitted from the phosphors and reduce color unevenness. Also, considering that the nitride-based phosphor absorbs part of the light that has been wavelength-converted by the YAG-based phosphor, the nitride-based phosphor is disposed closer to the light emitting element than the YAG-based phosphor. It is preferable to form the wavelength conversion member as described above. With this configuration, a part of the light wavelength-converted by the YAG phosphor is not absorbed by the nitride phosphor, and the YAG phosphor and the nitride phosphor are mixed. Compared with the case where it contains, the color rendering property of mixed-color light can be improved.
(Alkaline earth metal salt)
The light-emitting device in this embodiment mode uses alkaline earth activated by europium as a phosphor that absorbs part of light emitted from a light-emitting element and emits light having a wavelength different from the wavelength of the absorbed light. It can also have a metal silicate. The alkaline earth metal silicate is preferably an alkaline earth metal orthosilicate represented by the following general formula.
(2-x-y) SrO · x (Ba, Ca) O · (1-a-b-c-d)
(2-x-y) BaO · x (Sr, Ca) O · (1-a-b-c-d)
Here, preferably, at least one of the values of a, b, c and d is greater than 0.01.
本実施の形態における発光装置は、アルカリ土類金属塩からなる蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、または次式で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を有することもできる。 The light-emitting device in the present embodiment is a phosphor composed of an alkaline earth metal salt. In addition to the alkaline earth metal silicate described above, alkaline earth metal aluminate or Y activated by europium and / or manganese is used. (V, P, Si) O 4 : Eu, or an alkaline earth metal-magnesium-disilicate represented by the following formula:
Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ３：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）
次に、本実施の形態におけるアルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。
Me (3-xy) MgSi 2 O 3 : xEu, yMn (wherein 0.005 <x <0.5, 0.005 <y <0.5, Me represents Ba and / or Sr and / or Or Ca.)
Next, the manufacturing process of the phosphor made of alkaline earth metal silicate in the present embodiment will be described.
アルカリ土類金属珪酸塩の製造のために、選択した組成に応じて出発物質アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムの化学量論的量を密に混合し、かつ、蛍光体の製造に常用の固体反応で、還元性雰囲気のもと、温度１１００℃および１４００℃で所望の蛍光体に変換する。この際、０．２モル未満の塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加することが好ましい。また、必要に応じて珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもできるし、ユウロピウムの一部をマンガンで置換することもできる。 For the production of alkaline earth metal silicates, the stoichiometric amounts of the starting materials alkaline earth metal carbonate, silicon dioxide and europium oxide are intimately mixed according to the selected composition, and the phosphor is produced. In a conventional solid reaction, the desired phosphor is converted at a temperature of 1100 ° C. and 1400 ° C. under a reducing atmosphere. At this time, it is preferable to add less than 0.2 mol of ammonium chloride or other halide. If necessary, part of silicon can be replaced with germanium, boron, aluminum, and phosphorus, and part of europium can be replaced with manganese.
上述したような蛍光体、即ち、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋の一つまたはこれらの蛍光体を組み合わせることによって、以下に実施例として示されるように、所望の色温度を有する発光色および高い色再現性を得ることができる。このような種々の好ましい蛍光体を用いた場合の得られる特性を蛍光体の実施形態１〜１４に示す。
次に本発明の光源装置で、蛍光体３０２の塗布方法を示す。蛍光体３０２を発光素子に塗布した形態を模式的に示すと、図１９のようになる。
Next, a method for applying the
図２０（ｉ）に示されるような蛍光体３０２層付き発光素子を作成する。以下、蛍光体層付き発光素子の作成方法を説明する。
A light emitting element with a
サブマウント用基板の表面に導電性部材３０３を配置し（ａ）、正電極３０５と負電極３０６とを分離する絶縁部を有する導電性パターンとする（ｂ）。
A
サブマウント３０１用基板の材料は、半導体発光素子と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウント基板と発光素子との間に発生する熱応力を緩和することができる。あるいは、サブマウント用基板の材料は、保護素子が形成可能であり安価でもあるシリコンが好ましい。また、導電性部材は、反射率の高い銀や金を使用することが好ましい。
The material of the substrate for the
発光装置の信頼性を向上させるため、発光素子の正負両電極間と絶縁部との間に生じた隙間にはアンダーフィル３０４が充填される。まず、上記サブマウントの絶縁部の周辺にアンダフィルが配置される（ｃ）。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、発光素子の正負両電極とサブマウントとの間に生じた隙間を埋めることができる量である。
In order to improve the reliability of the light emitting device, an
発光素子の正負両電極を上記導電性パターンの正負両電極にそれぞれ対向させ固定する（ｄ）。まず、発光素子の正負両電極に導電性部材を付着させる。アンダフィルが軟化しているとき、発光素子の正負両電極が、導電性部材を介して上記導電性パターンの正負両電極と対向され、発光素子の正負両電極、導電性部材および上記導電性パターンは熱圧着される。このとき、導電性部材と上記導電性パターンの正負両電極との間のアンダフィルは排除される。導電性部材の材料は、例えばＡｕ、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等である。 The positive and negative electrodes of the light emitting element are fixed to face both the positive and negative electrodes of the conductive pattern (d). First, a conductive member is attached to both positive and negative electrodes of the light emitting element. When the underfill is softened, the positive and negative electrodes of the light emitting element are opposed to the positive and negative electrodes of the conductive pattern through the conductive member, and the positive and negative electrodes of the light emitting element, the conductive member, and the conductive pattern Is thermocompression bonded. At this time, underfill between the conductive member and the positive and negative electrodes of the conductive pattern is eliminated. The material of the conductive member is, for example, Au, eutectic solder (Au—Sn), Pb—Sn, lead-free solder, or the like.
発光素子の基板側からスクリーン版を配置する（ｅ）。なお、スクリーン版の代わりとして、導電性ワイヤのボールボンディング位置やパーティングライン形成位置等、蛍光体層を形成させたくない位置にメタルマスクを配置しても構わない。 A screen plate is disposed from the substrate side of the light emitting element (e). Instead of the screen plate, a metal mask may be arranged at a position where the phosphor layer is not desired to be formed, such as a ball bonding position of a conductive wire or a parting line formation position.
チキソ性を有するアルミナゾルに蛍光物質を含有させた蛍光体層形成材料を調整し、スキージ（へら）を使ってスクリーン印刷を行う（ｆ）。 A phosphor layer forming material in which a fluorescent substance is contained in thixotropic alumina sol is prepared, and screen printing is performed using a squeegee (finger) (f).
スクリーン板を取り外し（ｇ）、蛍光体層形成材料を硬化させ（ｈ）、パーティングラインに沿って発光素子毎にカットする（ｉ）と、蛍光体層付き発光素子が完成する（ｊ）。 When the screen plate is removed (g), the phosphor layer forming material is cured (h) and cut for each light emitting element along the parting line (i), the light emitting element with the phosphor layer is completed (j).
さらに図２０に示すような発光素子２００と蛍光体との形成方法について、一実施例を示す。パッケージに載置される半導体素子として、発光素子と保護素子とを組み合わせた複合素子とすることもできる。発光素子は、透光性基板の主面を半導体装置の発光観測面側に向け、発光素子の同一面側に設けられた正負一対の両電極がサブマウント３０１に設けた正負一対の両電極と対向されバンプにて接合されている。
Furthermore, an example is shown about the formation method of the
サブマウント３０１の表面は、導電性部材により正電極３０５と負電極３０６が互いに絶縁されて設けられている。導電性部材は、銀白色の金属、特に反射率の高いアルミニウム、銀や金あるいはそれらの合金を使用することが好ましい。サブマウント３０１自体の材料は、発光素子を過電圧による破壊から防止する保護素子を形成することができるシリコンが好ましい。あるいは、サブマウントの材料は、窒化物半導体発光素子と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウントと発光素子との間に発生する熱応力が緩和され、サブマウントと発光素子との間のバンプを介した電気的接続が維持されるため、発光装置の信頼性を向上させることができる。
The surface of the
保護素子には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(zener diode)、パルス性の電圧を吸収するコンデンサ等を用いることができる。 As the protective element, a zener diode that becomes energized when a voltage higher than a specified voltage is applied, a capacitor that absorbs a pulsed voltage, or the like can be used.
図２１は、保護素子としてツェナーダイオードを用いた場合の回路図を示す。ツェナーダイオードとして機能するサブマウントは、正電極を有するｐ型半導体領域と、負電極を有するｎ型半導体領域とを有し、発光素子のｐ側電極とｎ側電極に対して逆並列となるように接続される。即ち、発光素子のｎ側電極およびｐ側電極が、サブマウントのｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域とそれぞれバンプにより電気的に接続される。さらに、サブマウントに設けられた正負両電極は、導電性ワイヤによってリード電極のような外部電極と接続されている。このように、サブマウントにツェナーダイオードの機能を持たせることにより、正負リード電極間に過大な電圧が印加された場合、その電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えると、発光素子の正負両電極間はツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることはない。従って、発光素子間に過大な電圧が印加されるのを防止でき、過大な電圧から発光素子を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。 FIG. 21 is a circuit diagram in the case where a Zener diode is used as the protective element. The submount functioning as a Zener diode has a p-type semiconductor region having a positive electrode and an n-type semiconductor region having a negative electrode, and is in reverse parallel to the p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element. Connected to. That is, the n-side electrode and the p-side electrode of the light emitting element are electrically connected to the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region of the submount by the bumps, respectively. Furthermore, the positive and negative electrodes provided on the submount are connected to external electrodes such as lead electrodes by conductive wires. In this way, by providing the submount with the function of a Zener diode, when an excessive voltage is applied between the positive and negative lead electrodes, if the voltage exceeds the Zener voltage of the Zener diode, the voltage between the positive and negative electrodes of the light emitting element is increased. Is held at the zener voltage and never exceeds this zener voltage. Therefore, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied between the light emitting elements, protect the light emitting elements from the excessive voltage, and prevent the occurrence of element destruction and performance deterioration.
図２２は、保護素子としてコンデンサを用いた場合の接続回路図を示す。保護素子としてのコンデンサは、表面実装用のチップ部品を用いることができる。このような構造のコンデンサは、両側に帯状の電極が設けられており、この電極が発光素子の正電極および負電極に並列接続される。正負一対のリード電極間に過電圧が印加された場合、この過電圧によって充電電流がコンデンサに流れ、コンデンサの端子電圧を瞬時に下げ、発光素子に対する印加電圧が上がらないようにするため、発光素子を過電圧から保護することができる。また、高周波成分を含むノイズが印加された場合も、コンデンサがバイパスコンデンサとして機能するので、外来ノイズを排除することができる。 FIG. 22 is a connection circuit diagram in the case where a capacitor is used as the protection element. As the capacitor as the protective element, a chip component for surface mounting can be used. The capacitor having such a structure is provided with strip-shaped electrodes on both sides, and these electrodes are connected in parallel to the positive electrode and the negative electrode of the light emitting element. When an overvoltage is applied between a pair of positive and negative lead electrodes, this overvoltage causes a charging current to flow through the capacitor, instantaneously lowering the terminal voltage of the capacitor and preventing the applied voltage to the light emitting element from rising. Can be protected from. Further, even when noise including a high frequency component is applied, the capacitor functions as a bypass capacitor, so that external noise can be eliminated.
ここで仮に、発光素子と保護素子３１３のそれぞれをパッケージ等にダイボンドした後、導電性ワイヤにて外部電極と接続する構成とすると、導電性ワイヤのボンディング数が増えるために生産性が低下する。また、導電性ワイヤ同士の接触、断線等の発生する危険性が増えるため、発光装置の信頼性の低下を招く恐れがある。一方、本実施例における発光装置においては、導電性ワイヤをサブマウントに設けた正負両電極に接続するだけでよく、発光素子に導電性ワイヤをボンディングする必要がないため、上述したような問題が生じず信頼性の高い発光装置とすることができる。
Here, if each of the light-emitting element and the
発光装置の信頼性を向上させるため、対向する発光素子とサブマウントとの間に生じた隙間にはアンダフィルが充填されてもよい。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。また、アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、発光素子の正負両電極とサブマウントとの間に生じた隙間を埋めることができる量である。 In order to improve the reliability of the light emitting device, an underfill may be filled in a gap generated between the light emitting element and the submount facing each other. The underfill material is, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin. Moreover, in order to relieve the thermal stress of underfill, aluminum nitride, aluminum oxide, a composite mixture thereof, or the like may be further mixed into the epoxy resin. The amount of underfill is an amount that can fill a gap formed between the positive and negative electrodes of the light emitting element and the submount.
発光素子のｐ側電極およびｎ側電極は、サブマウントの同一面側に形成された正負両電極にそれぞれ対向させて固定される。まず、サブマウントの正負両電極に対し、Ａｕからなるバンプを形成する。次に、発光素子の電極とサブマウントの電極とをバンプを介して対向させ、荷重、熱および超音波をかけることによりバンプを溶着し、発光素子の電極とサブマウントとの電極とを接合する。なお、バンプの材料として、Ａｕの他、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。 The p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element are fixed so as to face both the positive and negative electrodes formed on the same surface side of the submount. First, bumps made of Au are formed on both the positive and negative electrodes of the submount. Next, the electrode of the light emitting element and the electrode of the submount are opposed to each other through the bump, and the bump is welded by applying a load, heat, and ultrasonic waves, and the electrode of the light emitting element and the electrode of the submount are joined. . In addition to Au, eutectic solder (Au—Sn), Pb—Sn, lead-free solder, and the like can be used as the bump material.
さらに、サブマウントをパッケージ凹部底面から露出しているリード電極上にＡｇペーストを接着剤として固定し、導電性ワイヤにて凹部内に露出させたリード電極とサブマウントの正負両電極とを接続して発光装置とする。 Further, the Ag paste is fixed as an adhesive on the lead electrode exposed from the bottom of the package recess, and the lead electrode exposed in the recess is connected to the positive and negative electrodes of the submount with a conductive wire. A light emitting device.
本実施例のように、発光素子と保護素子との複合素子とすることにより、発光素子の透光性基板側から光がとりだせるため発光装置の光取り出し効率が向上し、サブマウントを保護素子として信頼性の高い発光装置とすることができる。 By using a composite element of a light emitting element and a protective element as in this embodiment, light can be extracted from the light-transmitting substrate side of the light emitting element, so that the light extraction efficiency of the light emitting device is improved and the submount is protected by the protective element. Thus, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
以上説明したような構成とすることで、本発明の光源装置は、配光性に優れた光源装置とすることができる。また、高輝度の発光素子を用いた光源装置として、長寿命の光源装置とすることができる。 With the configuration described above, the light source device of the present invention can be a light source device with excellent light distribution. In addition, as a light source device using a high-luminance light emitting element, a long-life light source device can be obtained.
次に本発明の光源装置の最良の形態として、一実施の形態を示す。ここにしめす、発光素子２００や反射面２０２、その他光学部品などは、特に記載がなければそれぞれ特徴を有する前述の構成を用いることができる。
Next, an embodiment is shown as the best mode of the light source device of the present invention. The light-emitting
図２３は本発明の光源装置をＹ方向からみたときを模式的に示す断面図である。発光素子２００は、サブマウント３０１上に設置され、またサブマウント３０１は回路基板２０１上に設置されている。発光素子２００は、（Ｘ、Ｙ）＝（１、２）もしくは（２、４）で形成されている。またこの発光素子２００は、蛍光体３０２が塗布され、正負両電極がサブマウント３０１の正負両電極と共晶はんだ３０７により接合されてなる。またサブマウント３０１の正負両電極からはそれぞれ回路基板２０１に接続されてなる金属ワイヤー２０３を、発光素子２００からみて、照射方向を通るように設けられている。つまり発光素子２００の照射側側面を通るように設けられている。発光素子２００と金属ワイヤー２０３は中空で半球状のガラス３０９の内部に設けられる。また回路基板２０１には、反射面２０２が形成されてなり、反射面２０２は照射方向を軸とする回転放物面となっており、この反射面２０２は、さらには各点が発光素子２００の最も近い発光面に焦点があうように形成された回転楕円となっている。回路基板２０１はさらに実装基板３１１に実装されてなり、さらに発光素子２００からの熱が、発光素子２００の半導体層積層方向に好適に放熱される構成となっている。また回路基板２０１は発光素子２００から見て照射方向と反対の方向の反射面２０２からさらに離れた位置に電源装置との接続コネクタ３１２が設けられてなる。そしてこの光源装置から出された光の配光は、図２４にしめすような良好な配光Ｂが得られる。さらには光源装置のうち最も照射側に投影レンズ３１０（例えば凸レンズ）を設けることで、照射方向において、光源装置から所望の配光をねらう照射対象物との距離を容易に変えることが可能となる。
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing the light source device of the present invention as viewed from the Y direction. The
以上に最良の形態を示したが、本発明の光源装置は、さらに次のような構造をもった光源装置とすることもできる。図２５は、図８に示す状態の発光素子２００とサブマウント３０１と金属ワイヤー２０３を示すものであり、この構造では、金属ワイヤー２０３が回路基板２０１上に設置された段差面を有する金属ブロック３１４と接続されてなる。たとえばサブマウント３０１の高さを２ｍｍ程度もしくはそれ以上で設け、直接回路基板２０１に金属ワイヤー２０３を接続する場合、金属ワイヤー２０３は高低差の大きい２つの間を接続することとなり、非常に剥れたり折れたりしやすい。そこで、回路基板２０１上に金属ブロック３１４を設けることで金属ワイヤー２０３が剥れたり折れたりしにくくすることができる。またこの金属ブロック３１４に段差を設け、金属ワイヤー２０３を接続しない段差部下面にツエナーなどの保護素子３１３を設けることができ、発光素子２００の静電耐圧を挙げることができる。またこのように金属ブロック３１４および、保護素子３１３、さらに保護素子３１３に接続する金属ワイヤー２０３を設けても、これらが発光素子２００からみて照射方向に設けているので、光源装置の配光性に影響を与えることはない。
Although the best mode has been described above, the light source device of the present invention may be a light source device having the following structure. FIG. 25 shows the
また図２３において、回路基板２０１の発光素子２００が実装されてなる側表面の照射方向端部は、反射面２０２で反射した光を遮光するか照射するかの境界となる。いわゆるシェード３１５がここで形成されてなり、所望の配光を容易に得ることが可能となる。例えば照射方向から見て図２６に示すようなシェード３１５を設けることで、配光Ｂは図２７に示すような配光の最も強い中心から見て上方向であって、シェード３１５と点対象の方向の光のみを強くすることができる。図２４と図２７において、配光Ｂは中心ほど強い光であることを示している。
Also, in FIG. 23, the irradiation direction end portion of the side surface on which the
また反射面２０２は照射方向を軸とする回転放物面もしくは回転楕円面とすることが好ましいが、軸を照射方向から傾斜させて反射面２０２を設けることで、反射面２０２に対するシェード３１５が変わるなどによっておこる配光の変化を容易に得ることが可能となる。
The reflecting
また本発明の光源装置は、種々の光源用途として用いることができるが、とくに車両用のヘッドランプを含んだ、車両用前照灯に用いることができる。車両用前照灯の特性として要望される配光性を十分満たすことができ、また前述のその他のさらに好ましい構成によって得られる効果は車両用前照灯として求められる効果と重複する。例えば光源装置にシェード３１５を形成することで、照射側右前方と照射側左前方の配光を異なる形状とすることができるなどが挙げられる。
The light source device of the present invention can be used for various light source applications, and in particular, can be used for a vehicle headlamp including a vehicle headlamp. The light distribution required as a characteristic of the vehicle headlamp can be sufficiently satisfied, and the effect obtained by the other more preferable configuration described above overlaps with the effect required for the vehicle headlamp. For example, by forming the
また本発明の光源装置は、車両用のヘッドランプを含んだ、車両用前照灯として、さらに複数個の光源装置を並べて用いることもできる。これにより、異なる配光特性の光源装置を組み合わせたり、配光特性が同じとなるように光源装置の照射方向を自由に変えたりすることが可能となる。またハロゲン電球など従来の発光ダイオード以外を光源とする車両用前照灯、特に車両用のヘッドランプでは実現が困難であった、デザイン性において、前照灯およびヘッドランプの形状を種々に変えることができる点で好ましい。 In addition, the light source device of the present invention can be used by arranging a plurality of light source devices side by side as a vehicle headlamp including a vehicle headlamp. Thereby, it is possible to combine light source devices having different light distribution characteristics, or to freely change the irradiation direction of the light source devices so that the light distribution characteristics are the same. In addition, it has been difficult to achieve with vehicle headlamps that use light sources other than conventional light-emitting diodes, such as halogen bulbs, especially for vehicle headlamps. It is preferable at the point which can do.
本発明の光源装置は、車両用前照灯の光源としてだけでなく、優れた配光特性が要求される光源装置として利用可能であり、また長寿命の光源装置でもあることで、産業上の利用可能性は非常に高い。 The light source device of the present invention can be used not only as a light source for a vehicle headlamp, but also as a light source device that requires excellent light distribution characteristics, and is also a long-life light source device, so that it can be industrially used. The availability is very high.
２００・・・発光素子、
２０１・・・回路基板、
２０２・・・反射面、
２０３・・・金属ワイヤー（電気的接続手段）、
３０１・・・サブマウント、
３０２・・・蛍光体、
３０３・・・導電性部材、
３０５・・・正電極、
３０６・・・負電極、
３０７・・・共晶はんだ、
３０８・・・樹脂、
３０９・・・ガラス、
３１０・・・レンズ、
３１３・・・保護素子、
３１５・・・シェード。
200: Light emitting element,
201 ... circuit board,
202 ... reflective surface,
203 ... Metal wire (electrical connection means),
301 ... Submount,
302 ... phosphor,
303 ... conductive member,
305 ... Positive electrode,
306 ... negative electrode,
307 ... eutectic solder,
308 ... resin,
309 ... Glass,
310 ... lens,
313 ... Protective element,
315: Shade.
Claims (21)
回路基板と電気的に接続されてなる発光素子と、
発光素子から発光された光を照射方向に導く反射面と、
を少なくとも有する光源装置であって、
前記発光素子は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが少なくとも積層され、積層方向に垂直となる２つの主面と、積層方向に平行となる側面とを有し、
前記照射方向は発光素子の側面方向であって、
前記発光素子と回路基板との電気的接続手段の少なくとも１つが、発光素子から見て照射方向を通過してなることを特徴とする光源装置。 A circuit board;
A light-emitting element electrically connected to the circuit board;
A reflective surface for guiding light emitted from the light emitting element in the irradiation direction;
A light source device having at least
The light emitting element includes an n-type semiconductor and a p-type semiconductor at least stacked, two main surfaces perpendicular to the stacking direction, and side surfaces parallel to the stacking direction,
The irradiation direction is a side surface direction of the light emitting element,
At least one of the electrical connection means between the light emitting element and the circuit board passes through the irradiation direction when viewed from the light emitting element.
A vehicle headlamp using a plurality of the light source devices according to claim 1 arranged side by side.
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|---|---|
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Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006222248A (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Rohm Co Ltd | Semiconductor light emitting device |
| JP2006294598A (en) * | 2005-03-15 | 2006-10-26 | Casio Comput Co Ltd | Light source device, light source unit, and projector |
| JP2007049019A (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Koha Co Ltd | Light emitting device |
| WO2007097242A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device |
| WO2008087868A1 (en) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Showa Denko K.K. | Light emitting diode package and lead group structure for light emitting diode package |
| US7626212B2 (en) | 2005-06-17 | 2009-12-01 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light-emitting device and light source apparatus using the same |
| US7901123B2 (en) | 2006-05-29 | 2011-03-08 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light emitting module and vehicle lamp |
| JP2011165671A (en) * | 2011-03-30 | 2011-08-25 | Casio Computer Co Ltd | Light source device, and projector |
| JP2011227525A (en) * | 2005-03-15 | 2011-11-10 | Casio Comput Co Ltd | Light source device, light source unit and projector |
| US8113699B2 (en) | 2008-03-21 | 2012-02-14 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light source module and vehicular lamp |
| JP2012033283A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Nichia Corp | Lighting system |
| US8143777B2 (en) | 2007-08-23 | 2012-03-27 | Stanley Electric Co., Ltd. | LED lighting unit with LEDs and phosphor materials |
| JP2012134531A (en) * | 2006-02-14 | 2012-07-12 | Lg Innotek Co Ltd | Light emitting device |
| EP2535638A2 (en) | 2011-06-13 | 2012-12-19 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamp, heat radiating mechanism, light-emitting apparatus and light source fixing member |
| US8373177B2 (en) | 2009-10-13 | 2013-02-12 | Stanley Electric Co., Ltd. | Light emitting diode (LED) light source and manufacturing method for the same |
| KR101259991B1 (en) * | 2006-03-24 | 2013-05-06 | 서울옵토디바이스주식회사 | Method for fabricating a compound semiconductor device |
| US8482015B2 (en) | 2009-12-03 | 2013-07-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | LED light emitting apparatus and vehicle headlamp using the same |
| JP2013171710A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Stanley Electric Co Ltd | Vehicular headlight |
| US8833992B2 (en) | 2009-09-03 | 2014-09-16 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamps |
| US9279563B2 (en) | 2012-10-30 | 2016-03-08 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Lamp |
| JP2016086053A (en) * | 2014-10-24 | 2016-05-19 | スタンレー電気株式会社 | Led lamp and manufacturing method of the same |
| WO2018087918A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | 三菱電機株式会社 | Light shaping device |
| JP2020047869A (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device |
| JP2020150208A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 市光工業株式会社 | Light-emitting device and lighting fixture for vehicle, and manufacturing method of light-emitting device |
| JP2022023082A (en) * | 2017-11-28 | 2022-02-07 | オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Headlight and operating method |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9922963B2 (en) | 2015-09-18 | 2018-03-20 | Genesis Photonics Inc. | Light-emitting device |
| CN111276594A (en) * | 2015-09-18 | 2020-06-12 | 新世纪光电股份有限公司 | Light emitting device package structure |
-
2003
- 2003-07-09 JP JP2003272618A patent/JP4411892B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006222248A (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Rohm Co Ltd | Semiconductor light emitting device |
| JP4679917B2 (en) * | 2005-02-10 | 2011-05-11 | ローム株式会社 | Semiconductor light emitting device |
| JP2006294598A (en) * | 2005-03-15 | 2006-10-26 | Casio Comput Co Ltd | Light source device, light source unit, and projector |
| JP2011227525A (en) * | 2005-03-15 | 2011-11-10 | Casio Comput Co Ltd | Light source device, light source unit and projector |
| US7626212B2 (en) | 2005-06-17 | 2009-12-01 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light-emitting device and light source apparatus using the same |
| JP2007049019A (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Koha Co Ltd | Light emitting device |
| JP2012134531A (en) * | 2006-02-14 | 2012-07-12 | Lg Innotek Co Ltd | Light emitting device |
| US9455385B2 (en) | 2006-02-14 | 2016-09-27 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and method for manufacturing the same |
| WO2007097242A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device |
| KR101259991B1 (en) * | 2006-03-24 | 2013-05-06 | 서울옵토디바이스주식회사 | Method for fabricating a compound semiconductor device |
| US7901123B2 (en) | 2006-05-29 | 2011-03-08 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light emitting module and vehicle lamp |
| WO2008087868A1 (en) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Showa Denko K.K. | Light emitting diode package and lead group structure for light emitting diode package |
| US7875899B2 (en) | 2007-01-15 | 2011-01-25 | Showa Denko K.K. | Light-emitting diode package and lead group structure for light-emitting diode package |
| US8143777B2 (en) | 2007-08-23 | 2012-03-27 | Stanley Electric Co., Ltd. | LED lighting unit with LEDs and phosphor materials |
| US8113699B2 (en) | 2008-03-21 | 2012-02-14 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Light source module and vehicular lamp |
| US8833992B2 (en) | 2009-09-03 | 2014-09-16 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamps |
| US8373177B2 (en) | 2009-10-13 | 2013-02-12 | Stanley Electric Co., Ltd. | Light emitting diode (LED) light source and manufacturing method for the same |
| US8482015B2 (en) | 2009-12-03 | 2013-07-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | LED light emitting apparatus and vehicle headlamp using the same |
| JP2012033283A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Nichia Corp | Lighting system |
| JP2011165671A (en) * | 2011-03-30 | 2011-08-25 | Casio Computer Co Ltd | Light source device, and projector |
| US9134003B2 (en) | 2011-06-13 | 2015-09-15 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamp, heat radiating mechanism, light-emitting apparatus and light source fixing member |
| EP2535638A2 (en) | 2011-06-13 | 2012-12-19 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamp, heat radiating mechanism, light-emitting apparatus and light source fixing member |
| US9347659B2 (en) | 2011-06-13 | 2016-05-24 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Automotive headlamp, heat radiating mechanism, light-emitting apparatus and light source fixing member |
| JP2013171710A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Stanley Electric Co Ltd | Vehicular headlight |
| US9279563B2 (en) | 2012-10-30 | 2016-03-08 | Koito Manufacturing Co., Ltd. | Lamp |
| JP2016086053A (en) * | 2014-10-24 | 2016-05-19 | スタンレー電気株式会社 | Led lamp and manufacturing method of the same |
| JPWO2018087918A1 (en) * | 2016-11-14 | 2019-03-22 | 三菱電機株式会社 | Light shaping device |
| WO2018087918A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | 三菱電機株式会社 | Light shaping device |
| CN109906408A (en) * | 2016-11-14 | 2019-06-18 | 三菱电机株式会社 | Light shaping device |
| JP2022023082A (en) * | 2017-11-28 | 2022-02-07 | オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Headlight and operating method |
| JP7192070B2 (en) | 2017-11-28 | 2022-12-19 | オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Headlight and method of operation |
| JP2020047869A (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device |
| JP7066963B2 (en) | 2018-09-21 | 2022-05-16 | 日亜化学工業株式会社 | Light emitting device |
| JP2020150208A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 市光工業株式会社 | Light-emitting device and lighting fixture for vehicle, and manufacturing method of light-emitting device |
| JP7243330B2 (en) | 2019-03-15 | 2023-03-22 | 市光工業株式会社 | Light-emitting element, vehicle lamp, and method for manufacturing light-emitting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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